基于矢量場的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量效率路由協(xié)議研究.pdf

1、隨著無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Network，WSN)在多領(lǐng)域的深入應(yīng)用，WSN的重要性和前景變得越來越明確。WSN節(jié)點有限的運算能力和有限的能量等問題，吸引了來自不同學(xué)科的科研人員的關(guān)注。能量效率路由協(xié)議的研究一直是WSN的研究熱點。論文首先簡要回顧了現(xiàn)階段能效路由協(xié)議的研究現(xiàn)狀和研究思路，總結(jié)了矢量場論在WSN中的典型應(yīng)用，進而引出了論文的研究課題:從矢量場論的角度來研究WSN能量效率路由;建立分層路由，緩和平

2、面路由擴展性差的問題;建立多徑路由，盡可能實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的負載均衡。論文首先建立了基于流體力學(xué)的矢量場模型，對該模型進行了分析驗證?？紤]到無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)包的沖突問題，提出了基于粘性流體的N-S方程的矢量場模型。在此基礎(chǔ)上建立了基于矢量場的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分層多徑路由，并用人工魚算法對簇內(nèi)路由進行優(yōu)化。最后提出了基于矢量場的魚群啟發(fā)能效路由算法，通過仿真分析，比較了該路由算法與經(jīng)典路由算法在多種性能指標上的差異。
　　論文的主要研究內(nèi)

3、容和創(chuàng)新點包括以下幾個方面:
　　(1)提出了基于流體力學(xué)的矢量場模型。在現(xiàn)有的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議中，有基于溫度場的路由協(xié)議，也有基于電磁場的路由協(xié)議。通過分析，發(fā)現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)包的傳輸過程與流體的流動具有更多的相似性。因此，本文將流體引入無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，建立了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的源節(jié)點矢量場、匯聚節(jié)點矢量場、從源節(jié)點到匯聚節(jié)點的負載流動線。為了能用數(shù)學(xué)物理方程解出矢量場，建立了基于歐拉方程的負載矢量場模型，并用最小二乘

4、法建立了密度分布函數(shù)，從而建立了用數(shù)學(xué)物理方程表示的矢量場模型，這樣就將路由問題歸結(jié)為數(shù)學(xué)物理方程的求解問題。經(jīng)過仿真分析，基于流體力學(xué)的矢量場模型可以更方便、高效地實現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由。
　　(2)提出了基于N-S方程的矢量場模型。實際的流體微團之間具有作用力，稱之為粘性。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包在流動時，會發(fā)生碰撞和沖突，類似于粘性流體中的粘性。歐拉方程是無粘流體的微分方程，沒有考慮流體微團之間的作用力，因此無法準確描述無線傳

5、感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)流動。為了解決這個問題，本文建立了基于粘性流體中的N-S方程的矢量場模型。通過仿真分析，該模型可以更好的描述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由，該模型建立的負載流動場流動方向比較有條理，負載流動有序，負載流動較為均衡。而且可以通過解N-S方程，方便地得到矢量場模型。
　　(3)提出了基于矢量場的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分層多徑路由模型。通過文獻研究發(fā)現(xiàn)，分層路由可以有效提高網(wǎng)絡(luò)的生存時間，多徑路由可以有效提高網(wǎng)絡(luò)的負載均衡，因此，分層和多

6、徑是提高無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能效的有效方法。本文在基于N-S方程建立的矢量場的基礎(chǔ)上，通過矢量尋徑算法建立了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的多徑路由，通過建簇與簇內(nèi)控制算法建立了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的分層路由，從而得到基于矢量場的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分層多徑路由，為建立能效路由模型奠定了基礎(chǔ)。
　　(4)提出了基于矢量場的魚群啟發(fā)能效路由模型。為了提高無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的能量效率，本文在基于矢量場的分層多徑路由模型的基礎(chǔ)上，采用人工魚群算法對該路由模型進行了優(yōu)化，將無