基于TinyOS的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)蟻群優(yōu)化算法路由協(xié)議研究.pdf

1、近年來，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)成為國際上一個新興的研究熱點。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)大量的廉價微型傳感器節(jié)點，通過無線通信方式形成的一種多跳自組織網(wǎng)絡(luò)，在環(huán)境監(jiān)測與保護、醫(yī)療護理、軍事、目標跟蹤等領(lǐng)域具有廣闊的應用前景。路由協(xié)議是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)之一，設(shè)計一種能量高效的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議來盡可能地延長整個網(wǎng)絡(luò)的生命周期并保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，對整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的運行具有重要意義。
　　 本文研究了蟻群算法在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由中的應用

2、，針對無線傳感器網(wǎng)紹拓撲結(jié)構(gòu)頻繁變化和節(jié)點能量有限等特點，對基本蟻群算法進行了優(yōu)化，并在TinyOS中實現(xiàn)了基于蟻群算法的路由協(xié)議，TOSSIM仿真驗證了路由協(xié)議的可靠性。
　　 首先，在對基本蟻群算法數(shù)學模型、實現(xiàn)步驟和程序結(jié)構(gòu)流程分析的基礎(chǔ)上，研究了蟻群算法在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議中應用的可行性和優(yōu)越性、蟻群算法在網(wǎng)絡(luò)路由中的實現(xiàn)方法，包括概率選擇函數(shù)的表達、能量啟發(fā)值和鏈路上信息素更新公式的設(shè)置。結(jié)合傳感器網(wǎng)絡(luò)的應用特點，

3、分析了基本蟻群算法應用于路由協(xié)議中時的缺陷，并結(jié)合概率選擇函數(shù)對算法中的參數(shù)進行改進和優(yōu)化，以改善算法的收斂速度和全局搜索特性。此外還對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)專用操作系統(tǒng)TinyOS的運行機制和技術(shù)特點進行深入剖析，為在該操作系統(tǒng)中實現(xiàn)路由協(xié)議奠定了基礎(chǔ)。
　　 其次，在TinyOS中實現(xiàn)基本和經(jīng)過優(yōu)化的蟻群算法路由協(xié)議。規(guī)劃路由層相關(guān)的組件和調(diào)用接口，創(chuàng)建AntRoutingC.nc配件來封裝主要的功能模塊，并創(chuàng)建頭文件用以聲明蟻群算

4、法中相關(guān)變量；采用組件化的編程方式，完成路由層中人工螞蟻的前向搜索和后向更新過程，并在主體模塊AntRoutingP中實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)南嚓P(guān)函數(shù)。
　　 最后，在TOSSIM仿真平臺上對基于蟻群算法的路由協(xié)議進行了仿真測試。配置柵格網(wǎng)絡(luò)拓撲來模擬網(wǎng)絡(luò)行為，并注入通信消息包。仿真結(jié)果表明，經(jīng)過優(yōu)化的蟻群算法路由協(xié)議，不但能夠在選擇最短路徑的同時平衡網(wǎng)絡(luò)能耗，延長整個網(wǎng)絡(luò)的生命周期，還能夠較好地適應網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的動態(tài)變化，最終為應用層的程序