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遗传算法在WSN路由协议设计中的研究与应用_论文

维普资讯 http://www.cqvip.com 计算机与数字工程  第3 5卷  遗 传 算 法 在 WS N路 由协 议设 计 中 的研 究 与应 用  朱鹏 飞 - 蒋 廷耀 - ’’     ’’     ( 三峡 大学软件工程技术研究 中心 ” 宜 昌 43 0 ) 三峡 大学 电气信息学 院  宜 昌 4 3 0 )   402 ( ’   402  摘 要 和传统无线 网络 的节点相 比, 线传感 器网络的节点 有其 特殊 的地 方 : 无 电源能量有 限 , 信能力 有限 以及 计  通 算能力有限 , 网络拓扑结构更加不稳定 , 这些特性使 得以前研究很多 的无线 自组织 网的网络路 由协议不 能直接应用 于无 线  传感器网络。提出基于遗传 算法思想来设 计和优化无 线传感器 网络的路 由协议 , 使得 源节点 和 目的节 点之 间以及 中间节  点之间存 在多 条最佳路 径 , 节点在进行路 由选择 的同时 , 最大限度来保 证 网络各节 点的总体 能量 消耗最少 , 最终保 证整个  网络 的残存性能有进一 步的提高 。   关键词 无线传感器 网络 T 12 P 8  遗传算法 路 由算法  中 图分 类 号 1 引 言    无线传感器网络就是 由部署在监测 区域内大  量的廉价微型传感器节点组成 , 通过无线通信方式  形成的一个多跳 自组织 网络系统 , 目的是协作地  其 感 知 、 集 和 处 理 网络 覆 盖 区 域 中感 知 对 象 的 信  采 息, 并发 送 给 观察 者 … 。 由 于 无 线 传 感 器 网络 可  以及 节 点 的剩 余 能量情 况 , 给每条 路径 赋予 一定 的  选择 概率 , 得 数 据 传 输 均 衡 消耗 整 个 网络 的能  使 量 , 长 网络 的生存 期 。这种路 由机 制 的提 出的确  延 可 以很好地 解决 WS N能 量 的 比较 均衡 消耗 问题 ,   但 是 它也存 在着 某 些 不 足 , : 如 对某 些 重 负荷 节 点  保 护不 够得 力 , 局部 路径 的优 化方 面考虑 也不是  在 以有效及时地获取物理信息 , 所以在军事战场情报  的获 取 , 环境 观测 与 预报 系统 、 医疗 护 理 等方 面它  有着 重要 的应用 。   很充分等 , 因此我们在此提出基于 G A算法来设计  优化 这 多条路 径 以及这 些节 点之 间局部 路径 。   2 G 算 法简 介 J   A   遗传算法是 基 于达尔 文 的物种 起 源所提 出   的” 物竟天择, 适者生存 ” 这一思想 , 在计算机 中模  拟生物在 自然环境 中的遗传和进化过程而形成的  种自 适应全局优化概率搜索算法 , 它和基于导数  的解析方法和其他启发式搜索方法一样 , 都是一种  迭代 方 法 : 选定 的初 始解 出发 , 过 不 断 迭代 逐  从 通 一 但是 , 和传统无线 网络 的节点相 比, 无线传感  器网络的节点有其特殊的地方 : 电源能量有限 , 通  信能力有限以及计算能力有限 , 网络拓扑结构更加  不 稳定 , 这些 特性 使得 以前研 究很 多 的无线 自组 织  网的 网络路 由协议 不 能 直 接 应用 于无 线 传 感 器 网  络; 此外 当前 WS 中讨 论 较 多 的基 于查 询 的路 由  N 机 制 D 2在 通 信 过 程 中仅 仅 利 用 一 条 路 径 进 行  D【   数据 的传输 , 种机 制在 面对 网络攻 击或 者其他 灾  这 害 时往往不 能够 及 时 地 进 行反 馈 ; 再者 , 无 线 传  在 感器 网络 中 , 由协议 的设 计不 仅关 心单个 节点 的  路 能量 消耗 , 同时更 关 心 整 个 网络 能量 的均 衡 消 耗 ,   步 改进 当前解 , 直至 最后搜 索 到最优 解 或者是 满意  解。遗传算法在步骤上主要 可以分为下面几个步  骤 : 将 问题 可行解 的空 间映射 成染 色体 集合 的搜  ① 索 空 间。② 确定 适 应 值 函数 、 交 率 和变 异 率 等 。 杂   ③ 进行 选择 、 交叉 和 变异等操 作 。④在 新 旧个体 中  选 择优 胜者 形成新 的种群 , 然后判 断这 些染 色体 是  否 满足要 求 , 若没有 则 利用 刚产生 的染 色体进 行新  一 这样才 能够 延长 整个 网络 的生存 周期 ; 而一 味地 依  靠某一条路径进行数 据传输往往造成某些节点的  早衰 , 最终导致 网络 的分割 或者 是该 网络快速 崩  溃 。为此 , au  .Sa 等 人 提 出 了 一 种 能 量 多  R hlC hl 路径 路 由机 制 』该 机 制 在 源 节 点 和 目的 节 点 之  , 间建立多条路径 , 根据路径上节点的通信能量消耗  轮 的选 择 、 叉 和变异 等操 作 ……在 这些操 作进  交 行完 之后 将种 群 中 的最 优 染 色体 还 原 成 为一 个 可  行解 作为 问题 的最优 解 。   由于无 线传 感 器 网 络 的特 点 之一 就 是 网络 拓  收 到本 文时间 :06年 9月 2   20 7日 作者 简 介 : 鹏 飞, , 士研 究 生 , 究 方 向: 线 传 感 器 网 络 路 由及 无 线 网 络 安 全 。蒋 廷 耀 , , 教 授 , 朱 男 硕 研 无 男 副   硕士生导师 。   维普资讯 http://www.cqvip.com 第3 5卷( 07 第 8期  20 ) 计算 机与数字工程  1 +3   —   _ _ 1 _ — +8 +l   2  1 扑结构 极 不 稳 定 ] 利 用 遗 传 算 法 在 某 时 刻 求 解  , 出到 目的节 点 的 K条 路

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