基于优化算法的无线传感器网络分簇路由协议的研究及实现

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无线传感器网络是21世纪研究的热点方向之一,由大量的低功耗、多功能的传感器节点组成,通过相近节点之间的无线通信形成网络。节点以合作的方式收集其分布区域的特定信息,通过网络的数据处理和传输能力传送给用户中心终端。传感器可以检测或监测环境或大量的物理参数,例如空气中的温度和光照强度,土壤的成分和湿度,移动物体的速度和方向。无线传感器网络的潜在应用场景有环境监测、军事监测、医疗看护和工业过程控制等。一般的情况下将无线传感器网络协议划为5层,分别为与特定应用相关的应用层,与逻辑连接相关的传输层,与路由相关的网络层,与媒体接入相关的MAC层和物理连接相关的物理层。传感器节点的能量来源于嵌入的电池,只有有限的能量容量。为了延长无线传感器网络的寿命,能耗问题是无线传感器网络设计考虑的主要因素,不仅是硬件和软件,还有网络架构和协议。本文首先提出了基于人工智能蜜蜂群优化算法的集中式分簇协议,人工智能蜜蜂群优化算法模仿蜜蜂群的智能寻食行为,在簇头的选择过程中,根据当前轮次消耗能量或当前节点剩余能量,选择不同的适应函数,通过该算法选择最优簇头集,提高能量利用率和网络能量消耗的平衡性,提高节点存活数量和延长网络生命期。同时,在前人研究的基础上,考虑了整个网络能量的均衡性,提出一种基于人工智能蜜蜂群优化算法和辅助簇头的集中式分簇路由协议,该协议加入了一种辅助簇头的机制,主簇头接收簇内成员的数据,主簇头传送数据给辅助簇头,辅助簇头与基站通信,通过该机制,辅助簇头分担了一部分主簇头每轮消耗的能量,以致最优的簇头能够存活的时间更长,在不改变时间复杂度的基础下,将辅助簇头的选择加入到优化过程中,有效地提高了网络的均衡性,同时延长了网络的寿命。通过网络运行时间和接收数据量性能的比较,验证了辅助簇头机制的有效性。
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