基于改進蟻群算法的傳感器網絡能量管理的研究.pdf

1、無線傳感器網絡(WSN)具有成本低、應用靈活等特點,在軍事和民用方面有著廣泛應用,并形成了目前測控科學的一個研究熱點。無線傳感器網絡設計的首要目標是有效節(jié)約能源,延長網絡生命周期。本文主要從能量問題出發(fā),提出了基于改進蟻群算法的拓撲控制和路由協(xié)議協(xié)議。主要工作如下:針對蟻群算法存在收斂速度慢、易陷入局部最優(yōu)等缺陷,本文提出了貪婪精英蟻群算法。在精英蟻群算法的基礎上,采用貪婪算法,提高蟻群算法的收斂速度:監(jiān)控算法運行狀態(tài)修改算法參數(shù),降低

2、算法陷入局部最優(yōu)的機率。通過標準測試函數(shù)仿真試驗和TSP應用仿真試驗證明,本文提出的改進蟻群算法的魯棒性和解的性能要優(yōu)于精英蟻群算法、最大最小蟻群算法等。在拓撲協(xié)議方面,針對LEACH、HEED、GAF協(xié)議不考慮節(jié)點的位置分布和冗余節(jié)點的休眠問題所造成類首節(jié)點分布不均勻、節(jié)點負載不平衡、覆蓋冗余過多、能量有效性不足等缺陷,本文提出了新協(xié)議-DEAC協(xié)議,在動態(tài)隨機多層聚類思想的基礎上,考慮剩余能量水平及節(jié)點的負載平衡,利用節(jié)點的位置相關

3、信息選擇工作節(jié)點和類首,利用本文提出的改進蟻群算法確定協(xié)議中的相關參數(shù)。本文采用不同的拓撲協(xié)議,仿真200個節(jié)點的網絡運行試驗,仿真試驗證明新算法能有效降低網絡的總體能耗、延長網絡的生存時間、平衡節(jié)點間的負載。在路由協(xié)議方面,針對DD協(xié)議建立路徑能量開銷過大、RR協(xié)議存在路由環(huán)路問題、GEAR協(xié)議容易陷入局部最優(yōu)和路由空洞等缺陷,本文將蟻群算法引入路由協(xié)議以提高路由的自適應性。同時針對能量路由協(xié)議代價方程未考慮剩余能量和節(jié)點位置,GEA

4、R代價方程未考慮節(jié)點間通訊能耗,造成路由數(shù)據通過量偏小和路由能耗偏大等缺陷,本文提出了改進代價方程。本文采用同一蟻群算法和不同的代價方程對40個SINK節(jié)點的路由問題進行了求解,試驗證明采用本文的代價方程求解的性能要好于其它代價方程。然后本文采用同一代價方程和不同的蟻群算法及現(xiàn)有的不同的路由協(xié)議對40個SINK節(jié)點的路由問題進行求解,試驗證明采用本文算法,算法不易陷入路由空洞,且路由通過的數(shù)據量指標、路由的能耗要優(yōu)于現(xiàn)有的路由協(xié)議及采用