异构无线传感器网络生命周期的优化研究

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异构无线传感器网络是传感器节点结构和功能的互异。由于异构无线传感器网络与同构无线传感器网络相比,不仅节点能量有限,而且各类节点能量消耗不均衡、节点失效等特点更为突出,其节点失效以及能量耗尽对网络性能会产生严重的影响,因此延长网络的生命周期是提高异构无线传感器网络性能的关键问题。  本文的异构无线传感器网络是sensor和sink节点半径、数量的异构。针对这种异构网络,现有延长异构网络生命周期的方法是找到多组优化连通覆盖子集(CCS),其中一个子集设备工作即可同时满足网络覆盖和连通性需求,其余设备则可以进入节能的睡眠状态。然而,目前研究所得到的连通覆盖子集并不能一定保证异构网络生命周期的优化。  为了进一步优化异构无线传感器网络的生命周期,找到尽可能多的连通覆盖子集,本文建立了以网络覆盖约束、收集约束、连通约束作为目标评价函数的模型。针对该模型,提出了群混合智能优化算法(SHIOA),该算法具有如下特点:首先,在蚁群算法基础上,引进鱼群拥挤度的概念,解决了蚁群在算法初期陷入局部收敛的问题。实验结果表明,该群混合智能优化算法比一般蚁群算法具有更好的收敛速度和全局搜索能力。其次,针对算法在构建子集中存在冗余节点的问题,提出了基于关键域去冗余节点算法来判断各连通覆盖子集中冗余节点,并且利用冗余节点构建新的连通覆盖子集,这不仅能有效提高节点的利用率,而且延长了异构无线传感器网络的生命周期。最后,通过对比实验进一步分析本文算法中各参数因子的作用,实验结果表明,信息素因子、启发式信息因子、拥挤度因子、关键域因子对寻优的优化连通覆盖子集数和算法的寻优收敛性都具有明显的影响。
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