基于动态规划的无线传感器网络能量路由优化方法研究

摘要

传统网络中路由几乎不需要考虑节点的能量共给问题，但是在无线传感器网络中路由算法的能量有效性往往比找到最短路径更为重要。本文主要考虑了节点的剩余能量以及节点的能量均性，面向WSN提出一种基于动态规划下的能量路由算法。为了更好的延长网络寿命利用动态规划思想在保证全网节点能量均衡消耗的同时尽可能寻找一条有效的路由进行数据转发。
　　本论文正是针对上述问题，为了有效提高无线传感器网络的节点能量均衡消耗和缩短端到端的传输时延,本文主要完成了以下创新性和探索性研究：
　　（1）针对GPSR路由协议和AODV路由协议中存在的问题，提出了基于能量聚合的路由协议和具有方向性的AODV路由协议。两个协议综合考虑了数据传输中的节点能耗的有效性和网络能量的均衡性，传感器节点能按照自身能量的大小以及目的节点的位置等参数来选择下一跳转发节点。整个算法均是基于邻居节点的地理位置信息进行路由选择，具有较低的计算时间复杂度；
　　（2）无线传感器网络节点撒播较为密集，网络拓扑在不发生变化时，依据节点传输过程中节点到Sink节点之间的最小跳数为一个固定值，通过用最小跳数对网络进行划分各个阶段，使网络更适应动态规划策略，接着对基于动态规划的WSNs网络模型以及高效能的动态路由算法作了详细地描述，同时用伪码给出算法执行过程，得出两个定理并给予证明。在路由恢复机制中，文中采用主路径和备选路径共同使用，当网络中链路正常或者链路中未出现死亡节点时，网络优先使用主路径进行数据传输，当网络发生故障时，利用备用路径进行数据传输和转发。从而避免数据重复发送延长端到端的时延，同时避免了网络节点能量浪费；
　　（3）本文最后通过计算机仿真将DPER算法与其它2个经典算法以及改进的2个算法进行比较，并验证了该算法传输的有效性。通过实验仿真表明，基于动态规划的无线传感器网络优化方法研究算法是一种可行性较强的方法，不但提高网络寿命而且还能提高网络能量利用率、缩短网络的平均路径长度、减小节点剩余能量标准差等。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 选题背景及意义

1.3 国内外研究现状

1.4 本论文的选题和研究内容

第二章 无线传感器网络概述

2.1 无线传感器网络体系结构

2.2 无线传感器网络特征与优势

2.3 无线传感器网络应用

2.4 无线传感器网络面临挑战

2.5 本章小结

第三章 无线传感器网络路由协议研究

3.1 路由协议的分类

3.2 路由协议设计的性能指标

3.3 几种典型无线传感器网络路由协议介绍

3.4 本章小结

第四章 基于能量聚合路由算法和具有方向性AODV算法

4.1 基于能量聚合路由算法

4.2 具有方向性AODV路由算法

4.3 本章小结

第五章 基于动态规划的无线传感器网络优化方法研究

5.1 动态规划相关知识

5.2 基于动态规划的WSNs路由算法模型

5.3 本章小结

第六章 仿真环境及实验结果

6.1 实验仿真性能评价指标

6.2 仿真环境搭建及参数设置

6.3 仿真结果及实验分析

6.4 本章小结

第七章 结论和展望

7.1 本论文研究总结

7.2 前景展望

致谢

参考文献