实时应用场景中的WSNs拓扑控制与路由算法研究

摘要

无线传感网络(Wireless Sensor Networks，WSNs)的研究近年来得到了快速地发展，由于无线通信软硬件技术的发展，使得具有低能耗、自组织等特点的无线传感器网络也得到了极大的应用。无线传感器网络是一个由随机部署在监测区域内的节点通过无线通信和多跳自组织方式构成的网络，实现了无线传输数据的采集和处理，将数据协作地通过网络发送给观察者。在大多无线传感器网络中，由于考虑到节点仅能携带有限的能量，导致无线传感器网络设计的核心内容是降低网络能耗，从而使得大部分的拓扑控制算法与路由协议都是针对节点的能量消耗以及网络能量均衡使用等问题而设计。但是这类算法与协议在故障预测与健康管理、工业控制等对网络实时性，冗余性，能耗等要求较高的实时应用场景中却并不能完全适用。
　　本文首先针对无线传感器网络中的拓扑控制算法和路由协议的概念和特点分别进行了介绍和归类，并对这些算法的优缺点进行了比较分析和总结。进而提出了一种基于小世界理论的功率控制算法，该算法通过添加功率放大节点连接构成的捷径来降低网络平均路径长度，并且通过遗传算法对捷径进行优化，最终得到使得通信代价较小、网络平均路径长度较短的捷径。仿真结果表明基于小世界理论的功率控制算法优化了网络拓扑，缩短了网络平均路径长度，提高了信息传输速率。
　　另外，本文提出了基于人工智能蜂群算法的路由协议。在该路由协议中，将路径转换为蜜源是建立路由协议模型的一个重要环节。其中，每一个蜜源都代表网络中每对节点之间的K条可行路径中的一条，而蜜源的位置则代表路径的可能解。进而，蜜源质量对应于通过适应度函数计算出来的路径解的质量。在经过有限次数的优化后，最终得到一条最优的数据传输路径。通过实验仿真，基于人工智能蜂群算法的路由协议能够较好的平衡节点能量消耗和传输时延，同时延长了网络生命周期，降低了传感器网络的丢包率。

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第1章 引言

1.1 研究背景及意义

1.2 无线传感器网络特点和性能评价

1.3 国内外研究现状

1.4 研究内容

1.5 本文结构

第2章 拓扑控制与路由研究概述

2.1网络拓扑

2.2 路由协议介绍

2.3 本章小结

第3章 基于小世界的无线传感器网络功率控制算法

3.1 小世界网络特性

3.2 WSNs小世界网络的构造

3.3 基于小世界理论的功率控制算法

3.4 本章小结

第4章 基于人工智能蜂群算法的路由协议

4.1人工智能蜂群算法介绍

4.2 基于人工智能蜂群算法的路由协议

4.3本章小结

第5章 总结与展望

5.1全文总结

5.2研究展望

参考文献

攻读硕士学位期间参与课题情况

攻读硕士学位期间发表论文情况

致谢

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