无线传感器网络汇聚节点选址算法的研究

摘要

无线传感器网络（Wireless Sensor Networks，WSNs）在林业中的应用改变了传统林业的资源管理方式，打破了传统采集方法的局限，应用前景广阔。而汇聚（Sink）节点承载着整个网络数据汇聚和转发的艰巨任务，如何根据网络规模及实际应用需求，选择适当的Sink节点部署方案，是目前一个重要研究方向。因此本文针对WSNs中Sink节点的选址问题，分别围绕单跳汇聚节点选址、多跳汇聚节点选址及多汇聚节点重选址展开研究。
　　本研究主要内容包括：⑴对区间数学和粒子群算法进行阐述，将单跳 Sink节点选址问题转化为区间数学全局寻优问题，利用单调性测试、选择策略确定包含最优解的子区间集，结合粒子群算法，加快全局寻找最优解的速度，避免传统选址算法计算量大，精确度低的缺陷，降低节点能耗。仿真结果表明，区间数学优化的粒子群算法简单，易于实现，在区间分析缩小最优值范围的情况下，所有粒子收敛于最优解的速度更快。⑵根据多跳WSNs的特点，对网络能耗模型进行简化，分析多跳模式能量有效的选址算法和面向网络生命周期的选址算法的适应度函数，离散化后结合区间数学优化的 PSO确定 Sink节点最优位置。仿真对比可知，能量有效的选址算法网络能耗低，但面向网络生命周期的选址算法 Sink节点附近邻居节点密度大，可以更好的收集邻居节点转发的数据，延长网络生命周期。⑶将质心理论引入到多 Sink节点重选址算法中，以 Sink节点的一跳邻居节点为质点系，传输的数据量为质点质量，使 Sink节点重选址到质心位置。通过具体实例更好的说明了该算法的优越性，并将质心重选址算法、多Sink节点位置固定算法和基于COST函数的多 Sink节点重选址算法进行仿真对比，可知，质心重选址算法在网络运行期间使多个 Sink节点相互协作、逐步逼近各自的最优位置，更好的延长网络生命周期和提高数据转发成功率。

目录

1绪论

1.1课题研究背景与意义

1.2国内外研究现状

1.3论文研究内容及技术路线

1.4论文组织结构

2无线传感器网络

2.1 无线传感器网络概述

2.2汇聚节点选址策略介绍

2.3多汇聚节点重选址简介

2.4无线传感器网络在林业中的应用

2.5本章小结

3单跳汇聚节点选址算法

3.1引言

3.2区间数学

3.3粒子群算法

3.4区间数学优化的PSO

3.5仿真验及结果分析

3.6本章小结

4多跳汇聚节点选址算法

4.1引言

4.2能量有效的选址算法

4.3面向网络生命周期的选址算法

4.4仿真实验与结果分析

4.5本章小结

5多汇聚节点重选址算法

5.1引言

5.2多汇聚节点质心重选址算法

5.3实例分析

5.4仿真实验与结果分析

5.5本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢

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