基于生物協(xié)同進化的無線傳感器網(wǎng)絡路由智能容錯機制研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡是由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的大量微型、低成本傳感器節(jié)點組成的自組織多跳網(wǎng)絡系統(tǒng)。這種網(wǎng)絡的易部署性、自適應性特點，使得它在環(huán)境監(jiān)測、精細農(nóng)業(yè)、遠程醫(yī)療等領(lǐng)域有著廣泛的應用前景。但由于數(shù)目龐大的節(jié)點硬件結(jié)構(gòu)脆弱且能量受限、部署環(huán)境。惡劣等特性，網(wǎng)絡經(jīng)常出現(xiàn)節(jié)點損壞、通信鏈路斷開等故障。近年來傳統(tǒng)基于冗余的容錯路由技術(shù)由于沒有綜合考慮能量受限等無線傳感器網(wǎng)絡特性，如何設計節(jié)能高效的容錯技術(shù)、保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)聂敯粜砸蕴岣呔W(wǎng)絡性能已經(jīng)成為

2、無線傳感器網(wǎng)絡研究的關(guān)鍵問題。
　　 本論文針對無線傳感器網(wǎng)絡中的路由容錯問題，借鑒生物協(xié)同進化智能算法的優(yōu)勢，同時考慮到路由優(yōu)化過程中能量平衡機制，通過研究無線傳感器網(wǎng)絡中分簇、異構(gòu)節(jié)點、移動的匯聚節(jié)點(Sink)等網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的容錯路由問題，建立了相應的路由容錯模型，解決在無線傳感器網(wǎng)絡中的路由容錯優(yōu)化等復雜計算應用問題。取得的研究成果包括如下幾個方面：
　　 (1)以分簇的無線傳感器網(wǎng)絡為場景，針對異構(gòu)網(wǎng)絡簇內(nèi)路由失效

3、后的路徑恢復問題，提出了基于路徑編碼的無線傳感器網(wǎng)絡簇內(nèi)的路由容錯模型及節(jié)點失效模型。綜合運用免疫協(xié)同進化粒子群算法和簇內(nèi)多路徑路由策略，構(gòu)建異構(gòu)網(wǎng)絡的簇內(nèi)路由智能容錯機制，使得路由容錯模型的路徑搜索能集中在高質(zhì)量的解搜索空間內(nèi)。仿真實驗證明了該策略提高了簇內(nèi)數(shù)據(jù)傳輸?shù)男屎腿蒎e能力。
　　 (2)對異構(gòu)無線傳感器網(wǎng)絡的簇問超級節(jié)點之間的容錯路由問題進行了進一步分析，建立了相應的簇間簇內(nèi)路由智能容錯模型，運用主從粒子群協(xié)同進化免

4、疫算法研究最優(yōu)的替代路由構(gòu)建策略，通過路徑編碼、主從群協(xié)同更新進化、克隆復制、高頻變異、克隆選擇等操作進行問題求解，以提高算法的運行效率和反應能力，從而提升異構(gòu)無線傳感器網(wǎng)絡的整體容錯性和數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴Ｗ詈笸ㄟ^實驗對該算法及理論分析進行了驗證。
　　 (3)針對現(xiàn)有的單移動Sink無線傳感器網(wǎng)絡協(xié)議復雜、通信開銷大而不能高效適應拓撲頻繁變化的問題，建立了單移動Sink路由恢復模型，并采用正交免疫粒子群算法來維護隨著Sink移

5、動而變化的拓撲路由，同時有效地降低通信開銷，減少網(wǎng)絡能耗。實驗表明采用該策略的單移動Sink網(wǎng)絡能量分布更均衡，容錯性能也得到了相應的提升；
　　 (4)對多個移動Sink無線傳感器網(wǎng)絡的路由容錯進行了進一步分析，結(jié)合多個Sink移動的特點和網(wǎng)絡節(jié)點失效問題綜合設計網(wǎng)絡路由智能容錯模型，并采用內(nèi)分泌粒子群協(xié)同進化思想來構(gòu)建高效可靠的替代路徑，通過路徑編碼、激素群選擇、粒子群協(xié)同更新等操作來求解問題。仿真結(jié)果也進一步驗證了該策略能