基于粒子群優(yōu)化的非均勻分簇路由算法

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1、基于粒子群優(yōu)化的非均勻分簇路由算法摘要:為了解決無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇路由算法中存在的“熱區(qū)”問題和簇頭選取問題，設(shè)計了一種自適應(yīng)粒子群優(yōu)化的非均勻分簇路由算法。首先通過候選節(jié)點與匯聚節(jié)點之間的距離計算競爭半徑并構(gòu)造出大小不等的多個簇，然后根據(jù)簇規(guī)模引入優(yōu)化的粒子群算法，評價節(jié)點剩余能量和節(jié)點之間的距離等因素選取最終簇頭，以剩余能量較多的簇頭作為下一跳，形成以匯聚節(jié)點為根節(jié)點的多跳路由。仿真結(jié)果表明，與leach算法和eeuc算法相比，所提算法網(wǎng)絡(luò)生存期分別延長了34%和16%,平均能量消耗分別減少了22%和12%，有效地減少了網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的能量消耗。關(guān)鍵

2、詞:無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；非均勻分簇路由算法；粒子群優(yōu)化算法；能量消耗；生存期中圖分類號:tp393.07文獻標志碼:aabstract:todealwiththe“hotarea”problemandclusterheadsselectioninclusteringroutingalgorithmofwirelesssensornetwork(wsn),thepaperdesignedanunevenclusteringroutingalgorithmbasedonadaptiveparticleswarmoptimization(pso).firstl

3、y,accordingtothedistancebetweencandidatenodesandsinknode,thecompetitiveradiuswascalculatedandclustersofvarioussizeswereconstructed.thenthispaperintroducedthepsoaccordingtotheclustersize.thepsowasusedtoselectthefinalclusterheadsbyevaluatingfactorssuchasresidualenergyofnodesanddis

4、tancebetweennodes.theclusterheadswithmoreresidualenergywerechosenasthenexthoptoformmulti-toprouteinwhichthesinknodeistheroot.thesimulationresultsshowthatcomparedwithothertwosimilaralgorithms,leachandeucc,theproposedalgorithmextends34%and16%ofsurvivaltimeofnetworkseparately,reduc

5、es22%and12%ofaverageenergyconsumptionrespectively,andeffectivelydecreasesthenetworknodesenergyconsumption.keywords:wirelesssensornetwork(wsn);unevenclusteringroutingalgorithm;particleswarmoptimization(pso)algorithm;energyconsumption;survivaltime0引言無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(wirelesssensornetwork

6、,wsn)是由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的大量微型傳感器節(jié)點形成的一種自組織網(wǎng)絡(luò)［1］。由于傳感節(jié)點通過自帶電池供電且難以更新，因此，設(shè)計出一種能夠高效地利用節(jié)點的能量且延長網(wǎng)絡(luò)生存期的路由算法成為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由研究的首要目標［2-3］。經(jīng)典的低能量自適應(yīng)分簇路由算法(low-energyadaptiveclusteringhierarch,leach)［4］每個周期由分簇和數(shù)據(jù)傳輸兩個階段構(gòu)成，但是簇頭以隨機概率選取且簇頭與匯聚節(jié)點單跳通信，容易造成簇頭能量耗盡過早死亡。文獻［5-7］引入了粒子群優(yōu)化（particleswarmoptimization,

7、pso）算法優(yōu)化簇頭選舉，但簇頭與匯聚節(jié)點單跳通信的方式仍然會造成簇頭節(jié)點能量的快速消耗。文獻［8-10］在簇頭與匯聚節(jié)點之間采取多跳的通信方式，有利于節(jié)約簇頭能量。但是，崔莉等［11］認為距離匯聚節(jié)點較近的簇頭須轉(zhuǎn)發(fā)大量其他簇頭發(fā)送的數(shù)據(jù)而消耗過多能量，形成“熱區(qū)”。針對文獻［11］的問題，李成法等提出了非均勻分簇(energy-efficientunevenclustering,eeuc)算法［12］，構(gòu)造不同規(guī)模的簇來改善多跳路由的“熱區(qū)”問題。但是當簇規(guī)模較大時，簇頭選取不當更容易造成距離其較遠的簇成員節(jié)點能量快速地消耗。針對這些算法存在的不

8、足，本文提出了一種自適應(yīng)粒子群優(yōu)化的非均勻分簇路由算法，用以緩解“熱區(qū)”問題并延長簇內(nèi)節(jié)點的生