无线自组网中的能量感知多播路由的优化技术研究

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无线自组网因不依赖于基础通信设施而具有高度的组网灵活性,从而可以被广泛应用于诸多场合。在能量受限的无线自组网中,各个节点使用电池提供能量,而电池的容量较为有限,因此有效利用电池能量以延长网络生命期较为必要。多播作为一种基本的通信方式,在无线自组网中具有较多应用。因此,能量有效的多播路由是能量受限的无线自组网的整体能量有效策略的一个重要组成部分,研究能量有效的多播路由算法具有重要意义。  能量有效的多播路由既需要考虑降低总能耗,又需要考虑均衡各个节点的能量消耗速率。只有很好地针对具体的应用场景如网络的具体特性、服务质量需求等,才能构造出较优的能量有效多播路由。本文对最小能耗多播问题、睡眠调度感知的最小能耗广播问题、使用开关波束定向天线的多速率无线自组网中的最小能耗多播问题、使用自适应单波束定向天线时的最大生命期广播问题、以及使用自适应单波束定向天线时的时延受限最大生命期多播问题进行了研究。  首先,针对不同中继节点选择对构造最小能耗多播树的影响,运用一种离散二进制粒子群优化算法优化参与最小能耗多播树构造的中继节点集的选择,从而优化最小能耗多播树的构造。仿真实验结果表明该方法能够有效地降低多播能耗。其次,针对使用睡眠调度的无线自组网中的最小能耗广播问题,提出了一种构造最小能耗广播调度的离散粒子群算法。最小能耗广播调度包括最优的广播树结构和节点内部最小能耗转发调度两个部分,提出了一种计算节点内部最小能耗转发调度的递归算法,运用一种基于集合的综合学习的离散粒子群优化算法求解最优的广播树结构。所提算法能够构造出能耗较小的广播调度。第三,针对使用开关波束定向天线并且节点的传输速率离散可调的无线自组网中的最小能耗多播问题,提出了一种构造最小能耗多播树的混合蛙跳算法。由于节点的各个传输波瓣的传输速率可能不尽一致,节点可能需要传输多次,考虑到传输处理能耗的影响,给出了一种计算节点内部最小能耗波瓣调度的递归算法。仿真实验结果验证了所提算法能够有效地降低多播能耗。第四,针对使用自适应单波束定向天线的无线自组网中的最大生命期广播问题,提出了一种构造最大生命期广播树的粒子群算法,该算法在粒子位置更新过程中试图限制节点生命期不低于某个预定的门限以避免出现较差的粒子位置,在满足各种约束的前提下对粒子原位置进行调整来获得粒子新位置以保证粒子新位置的有效性。该算法能够构造出生命期较高的广播树。最后,针对使用自适应单波束定向天线的无线自组网中的时延受限的最大生命期多播问题,提出了一种构造时延受限最大生命期多播树的粒子群算法,该算法对无效粒子位置进行修复、对有效粒子位置和无效粒子位置分别采用不同的局部优化算法进行局部优化以提高求解效率。该算法具有较高的求解成功率并且能够有效地增加多播生命期。  本文针对无线自组网中的能量有效多播问题,围绕不同的应用场景,结合粒子群优化算法和混合蛙跳算法,提出了求解能量有效多播路由的高效算法,并验证了其有效性,这些算法对于无线自组网中能量有效多播问题的解决具有一定的创新见解和实际应用价值。
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