基于Halin图的无线传感器网络移动节点路径规划算法研究

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无线传感器网络(Wireless Sensor Networks, WSN)由大量的传感器节点组成,常被部署在环境恶劣、人迹罕至的地方,能量受限是人们在研究无线传感器网络时不得不面临的问题。如何利用有限的节点能量,最大限度的发挥网络的效能,延长网络的生存时间是工业界和学术界普遍关心的问题。本文在研究分析了大量网络生存时间优化算法相关文献的基础上,提出了基于Halin图的无线传感器网络移动节点路径规划算法,借助移动节点到传感区域收集数据,减少传感器节点之间的通信量,均衡各节点的能量消耗,有效延长网络的生存时间。算法首先将传感区域划分成若干个子区域,每两个子区域所包含的节点数最多相差1个,这样可以保证每个子区域的整体能量消耗差异最小,从全局的角度均衡所有节点的能量消耗;接着根据韦伯选址思想,为每个子区域选取一个虚拟汇聚点,保证子区域内所有节点到汇聚点的距离相等或近似相等,利用移动节点到汇聚点收集数据,而不是通过多跳的方式传输数据,这样可以从局部的角度进一步均衡各节点的能量消耗;为了最小化网络的时延,同时降低节点因缓存数据和监听信道而消耗的能量,算法将各虚拟汇聚点映射成—Halin图,把移动节点的路径规划问题转化成通过Halin图扇收缩功能求解旅行商路径问题(Traveling Salesman Problem, TSP),从而得出移动节点的最短移动路径。本文还设计了多移动节点协同工作的算法,把Halin的特征树进行分解,将到汇聚点收集数据的工作平均分担给多个移动节点共同完成,进一步降低网络时延,延长网络生存时间。在论文的最后,利用Matlab仿真平台对算法进行了仿真实验,实验选取GBME和RP-UGO算法作为对照实验,进行了不同移动节点速度、不同网络规模等多组实验,结果证实本文提出的算法能够有效延长网络生存时间,在一定范围内的可容忍的网络时延前提下,确保了网络的实时性要求,较好的达到了研究的预定目标。
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