【摘 要】
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在无线传感器网络中引入软件定义架构,实现控制和数据转发平面分离,降低运营成本,延长网络寿命,基于此本文对基于软件定义无线传感网络的实时图路由算法进行了研究。结合兼顾能量有效与检测可靠性的路由算法,提出了一种基于强化学习的软件定义无线传感网络路由算法,可以延长网络寿命,并且能够达到提高网络性能检测可靠性与提高网络能量利用率的目的。主要工作如下:1.针对软件定义无线传感网络中簇头节点数量分配问题:分析
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在无线传感器网络中引入软件定义架构,实现控制和数据转发平面分离,降低运营成本,延长网络寿命,基于此本文对基于软件定义无线传感网络的实时图路由算法进行了研究。结合兼顾能量有效与检测可靠性的路由算法,提出了一种基于强化学习的软件定义无线传感网络路由算法,可以延长网络寿命,并且能够达到提高网络性能检测可靠性与提高网络能量利用率的目的。主要工作如下:1.针对软件定义无线传感网络中簇头节点数量分配问题:分析了网络数据传输特点,结合节点的位置、密度和传输时延,设计了网络能耗速率估算模型,通过该模型计算节点的能耗;分析热点区域与非热点区域的能量消耗情况,确定簇头总数;根据不同事件区域中能耗速率设计了簇头的分配原则:事件区域的能耗速率与簇头的数量成反比。提高了低消耗区域的能量利用率,并且降低高能耗区域的能量消耗,从而均衡网络能耗,由于选择了更多的簇头且按能耗速率进行分配所以提高事件检测可靠性。2.针对簇头选择问题:本文设计了基于动态半径的簇头的选择算法,该算法依据密度权重、距离权重和能量权重动态调整竞争半径选择簇头,并引入副簇头作为簇头的转发节点,由此降低簇头数据传输能耗,均衡网络能量消耗,延长网络寿命。3.针对路由路径选择问题:本文设计了基于强化学习的最优路径选择算法,将数据包的发送成功率、簇头的剩余能量比率、从相邻节点到汇聚节点距离与到汇聚节点的最大距离比、从相邻节点到汇聚节点跳数与到汇聚节点的最大跳数比加入奖励函数,准确评价了当前路径的优劣,选出最优路径,进而延长网络寿命。最后将SCMR、RMER、EASDN和RLBR算法与本文所提SDWSNRRL算法进行对比,采用了OMNe T++仿真软件对该五种算法在同一环境下进行仿真。首先分析了网络生命周期:SDWSNRRL算法的网络寿命分别比SCMR、RMER、EASDN和RLBR算法增加了4.80倍、1.15倍、23.4%和9.1%;并且当学习率从0.3变成0.5时,SDWSNRRL、EASDN和RLBR算法的网络寿命均增加3%到5%。其次分析了数据包丢弃率（Packet Drop Rate,PDR）得到:SDWSNRRL算法的PDR比SCMR、RMER、EASDN、RLBR算法分别降低了0.94倍、0.87倍、0.38倍、0.92倍。且对网络失真度进行分析得:SDWSNRRL算法的检测失真平均值比SCMR和RMER算法分别下降了0.21倍和0.09倍。SDWSNRRL网络能量利用率比SCMR和RMER算法提高了8.12倍和1.28倍,提高了网络能耗均衡性。
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