无线传感器网络中基于改进PSO的节能分簇路由协议

"该文提出了一种基于改进粒子群优化算法的无线传感器网络(WSN)分簇路由协议，旨在解决传统分簇协议中的簇头节点分布不均和数据传输路径不合理导致的节点能量消耗快、网络寿命短的问题。通过定义能量因子和位置均衡因子，该协议能选举出更加均衡的簇头节点，并利用优化的自适应学习因子提高搜索效率。此外，根据转发节点与基站的距离，协议设计了基于最小生成树的多跳传输策略，选择最优的数据传输路径，以降低通信距离，减少能耗并均衡节点负载，从而延长网络的生存周期。" 本文主要讨论了无线传感器网络中的路由优化问题。无线传感器网络是由大量部署在特定区域内的小型设备组成，这些设备具有感知环境、处理数据和通信的能力。由于节点资源有限，特别是能量资源，因此，如何有效地管理和分配这些资源是WSN研究的重要课题。 传统的分簇路由协议在选择簇头节点时往往忽视了节点的位置分布，这可能导致部分区域的节点过早耗尽能量，而其他区域的节点仍有大量剩余能量。为了解决这个问题，文章提出了一种基于改进粒子群优化算法的策略。粒子群优化算法是一种仿生学的优化算法，通过模拟鸟群或鱼群的行为来寻找全局最优解。在本文中，算法被用于簇头节点的选择，通过引入能量因子和位置均衡因子，使得选举过程不仅考虑节点的能量状态，还兼顾其地理位置，确保了簇头节点的分布更加均衡。 同时，优化的自适应学习因子用于调整粒子的位置更新速度，这有助于在局部搜索和全局搜索之间取得平衡，提高算法的收敛速度，使得簇头节点的选举更加高效。此外，为了进一步节省能量和平衡负载，文章设计了一种基于最小生成树的多跳传输策略。最小生成树算法用于找到连接所有节点的最短路径，以此为基础，转发节点可以选取最优的多跳路径进行数据传输，避免了单跳传输可能导致的通信距离过长和能量浪费。 仿真结果显示，该分簇路由协议能够有效地选举出能量和位置均衡的簇头及转发节点，减少了通信距离，降低了节点的能耗，并实现了更均衡的负载分布，显著延长了网络的生存周期。这种优化的路由策略对于无线传感器网络的能源效率和整体性能提升具有重要的理论和实践意义。 关键词: 无线传感器网络，粒子群优化算法，分簇协议，多跳，最小生成树 中图分类号: TP393 文献标识码: A doi: 10.11959/j.issn.1000−436x.2019241