基于多目标优化的无线传感器网络路由协议研究-论文剖析

信息安全• Information Security210 •电子技术与软件工程 Electronic Technology & Software Engineering【关键词】无线传感器 网络节点 优化部署1 无线传感器网络多节点目标安全优化部署相关模型1.1 网络优化部署模型无线传感器网络中，假设在二维平面T 区域部署中，随机部署N 个感知半径Rs 与通信半径Rc 相同的无线传感器网络节点（下文简称节点）。

其节点集是S={S 1，S 2，S 3，…，S N },在此其中，节点Si 的坐标位置可表述为（x Si ，y Si ）。

1.2 多目标节点数学安全优化部署模型无线传感器网络中，可将多目标组合优化问题视为一组参数决策变量到另一组目标的映射过程。

对于多目标节点安全优化部署问题，网络安全性的提高是值得深入考量的问题，同时确保网络覆盖率得到提升。

所以，应用多目标优化策略，基于安全性与覆盖率考虑，设计两个目标函数。

此种情况下，基于安全连通度，为多目标节点构建数学优化部署模型，具体如下所示：Max y=f(x)=(f 1(x)，f 2(x))s ．t ．为：在上述公式中，X=（x S1，y S1，x S2，y S2，…，x SN ，y SN ）表示2N 维的决策变量，而y 则表示2维目标向量；而f 1(x)与f 2(x)分别表示节点安全连通度与网络覆盖率等相关目标函数；i ∈［1，N ］，j ∈［1，N ］，i ≠j ，满足d(S i ，S j )≤Rc 条件，是节点全连通约束力，其中d(S i ，S j )是节点Si 与Sj 间的欧氏距离；而d(S i ，S'i )≤d th 表示节点移动能耗约束力，d(S i ，S'i )是节点优化后及其初始位置间的距离，在此过程中，d th 是节点移动最大范围值。

无线传感器网络节点多目标安全优化部署文/张倩目前，随着社会经济的快速发展，无线传感器网络节点运行中，优化部署方案中，对网络节点位置移动引起节点间共享密钥破坏安全通信链路等问题考虑的不够周全。

无线传感器网络的路由协议设计与优化随着科技的不断进步，无线传感器网络的应用也得到了越来越广泛的应用，例如环境监测、能源管理、安全监测等领域。

因为无线传感器节点具有无线通信、自主性和智能化等特点，可以在复杂、动态和恶劣的环境中完成数据采集和传输。

但是，由于无线传感器节点不具备很强的计算能力和电力，因此设计一种高效的路由协议对于无线传感器网络的性能提升非常重要。

本文将探讨无线传感器网络的路由协议设计和优化。

一、无线传感器网络的路由协议分类在无线传感器网络中，路由协议是传感器节点之间数据传输的关键。

目前常见的无线传感器网络路由协议主要有以下几种类型：1. 基于跳数的路由协议：该路由协议常用于较小的无线传感器网络中，通过指定最短距离的方式将数据传输到目标节点，跳数末尾的节点即为目标节点，但这种协议容易受到动态环境的影响。

2. 基于质量的路由协议：该路由协议根据传感器节点之间信号的强度、质量和耗能等信息进行路径选择，在信号强度较低、干扰较严重的环境中表现出更好的性能。

3. 基于地理位置的路由协议：该路由协议通过传感器节点的位置信息，根据距离和几何形状选择最优路径，可以降低路由开销，并且易于实现。

二、无线传感器网络的路由协议优化为了提升无线传感器网络的性能，需要对路由协议进行优化。

下面列举了一些可行的优化策略：1. 简化路由协议：一些比较复杂的路由协议可能会使传感器节点的计算负载过重，这会导致路由延迟和能源消耗的增加。

因此，可以将协议简化，简化路由计算量，提高路由效率。

2. 优化路由协议算法：在路由协议设计过程中，可以采用一些高效的算法，如Dijkstra、A*和Ant Colony等算法优化路由协议算法，提升网络性能。

3. 均衡路由开销：如果一些节点的负载较高，则可能会导致能源消耗和延迟增加。

因此，在设计路由协议时，需要将负载均衡考虑进去，确保节点负载均衡，提高网络性能。

4. 路由选择干扰较低的路径：在信号干扰相对较高的环境中，选择干扰较低的路径可以降低数据传输误码率，从而提高无线传感器网络的性能。

南京邮电大学硕士研究生学位论文术语表术语表Adaptive Threshold sensitive Energy APTEEN 自适应敏感阀值节能型传感网络协议CDMA码分多址Code Division Multiple AccessCSMA 载波侦听多路访问Carrier Sense Multiple AccessDD 定向扩散Directed DiffusionGEAR 地理和能量感知路由Geographic and Energy Routing LEACH 低功耗自适应分簇协议介质访问控制Media Access ControlMCU 微控制单元Micro-Controller UnitPEGASIS Po-Efficient Gathering in SensorInformation System服务质量Quality of Service信息协商传感协议Sensor Protocol for Information viaNegotiationTCP 传输控制协议Transfer Control ProtocolTDMA 时分多址Time Division Multiple AccessTEEN 敏感阀值节能型传感网络协议Threshold sensitive Energy Efficient sensorNetwork protocol用户数据包协议User Datagram ProtocolWSN 无线传感器网络Wireless Sensor Network南京邮电大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。

尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京邮电大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。

与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。

无线传感器网络的路由算法研究1.引言无线传感器网络（Wireless Sensor Network, WSN）由众多具有感知、处理、通信能力的节点组成，可以使用一些预处理技术对节点所感知到的信息进行处理，将数据传送至基站或中继节点，然后提供给用户。

由于节点之间的距离很近，因此WSN具有较高的可靠性和高度的自组织性，同时还具有良好的环境适应性和扩展性。

在无线传感器网络中，路由算法是节点间通信和数据传输的关键，能够直接影响到整个网络的性能。

因此，本文将从以下几个方面阐述无线传感器网络中的路由算法研究。

2.WSN路由算法的概述无线传感器网络中的路由算法包括平面路由、分层路由及基于密集子图的路由等。

平面路由仅在一个平面上进行数据传输，具有简单性高和低延迟等特点。

但由于节点数量的增加，所需通信距离加大，这种算法的拓扑结构不再是平面的，因此平面路由的使用受到限制。

分层路由将节点分层，为每一层节点选择一组通信路径，通过尽量避免要传输的绝对路径的组合数量来提高其质量。

这种算法具有低成本、高效和高度自组织性等优点，但也存在着时延较大、能量消耗较多以及可扩展性差等缺点。

密集子图基础路由算法是一类新型的路由算法，其特点是利用区域中密集子图之间的拓扑关系来实现数据传输，具有成本低、通信时延短、能耗小等优点，但也存在着传输距离较短、网络容量受限等问题。

3.典型的WSN路由算法AODV (Ad-hoc On-demand Distance Vector)，是一种基于距离向量路由算法的路由协议，通过网络中的节点维护着相互之间到目标节点的路由路径信息来查找路由，路由更新的决策基于当前网络拓扑和传输性能的变化，是一种基于反应的路由算法。

LEACH（Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy）是一种分层式路由协议，使用动态聚类技术将WSN中的节点按照簇的方式分成不同的层次结构，并在每一个簇中选择一个簇头以负责聚合本簇中所有节点所上传数据并向基站进行传输，LEACH能有效地降低网络中节点的能耗，保证了整个网络的稳定性以及延长了网络的寿命。

无线传感器网络中的多路径路由协议的研究无线传感器网络（Wireless Sensor Network，简称WSN）作为一种新兴的网络形式，被广泛应用于各个领域，如环境监测、智能交通、智能家居等等。

由于节点间距离较远、节点能量有限、节点密度较大等特点，WSN的路由协议设计成为一项极具挑战性的任务。

而多路径路由协议作为一种解决节点间能量消耗不均、路由可靠性差的问题，成为WSN路由协议研究的热门方向。

本文将介绍无线传感器网络中多路径路由协议的研究进展及存在的问题。

一、多路径路由协议的概念及分类多路径路由协议是指通过利用多条路径从源节点到目标节点的传输，以提高网络性能、降低传输时延与错误率等问题的解决方案。

根据路由协议的不同特点，可将其划分为三类：基于混沌的多路径路由协议、基于动态路由的多路径路由协议、基于负载均衡的多路径路由协议。

其中，基于混沌理论的多路径路由协议是利用混沌性质的多条路径路由协议。

该协议快速收敛且能够抵抗攻击，但其存在路由选择困难以及漏洞等问题。

基于动态路由的多路径路由协议则是通过在网络中选出多个途径，使得数据流能够在这些途径之间传输。

该协议具有快速适应网络环境、路由计算较为简单等特点，但存在路由优化不足、负载不均衡等问题。

基于负载均衡的多路径路由协议主要是为了保证网络的稳定性以及负载均衡，该协议能够有效地提高网络的传输性能、增强网络的适应能力以及灵活性，但在节点能量消耗方面仍需要更好的优化。

二、多路径路由协议的研究现状在WSN多路径路由协议的研究中，学者们主要从以下几方面进行了深入探究：1、路由选择问题在WSN网络中，由于节点能量消耗不均、节点密度不一致等因素的影响，导致节点与节点间的路由选择存在较大差异，从而影响网络的整体性能，进而影响数据传输的可靠性。

针对这一问题，研究者开发出了许多基于能量消耗均衡的路由选择机制，如LEACH、SEP、EECR等算法，能够有效提高网络的稳定性，提高网络的传输效率。

无线传感器网络的拓扑优化研究在当今科技飞速发展的时代，无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）已经成为了一个备受关注的研究领域。

无线传感器网络由大量分布在监测区域内的传感器节点组成，这些节点通过无线通信方式相互连接，协同工作，实现对目标区域的监测和数据采集。

然而，要确保无线传感器网络的高效运行，拓扑优化是一个至关重要的问题。

无线传感器网络的拓扑结构直接影响着网络的性能，包括能耗、通信效率、覆盖范围、可靠性等。

一个良好的拓扑结构能够有效地降低网络能耗，延长网络的生命周期，提高数据传输的可靠性和效率。

首先，我们来了解一下无线传感器网络的基本特点。

传感器节点通常具有体积小、能量有限、计算和存储能力较弱等特点。

由于这些限制，节点的能耗成为了一个关键问题。

在网络运行过程中，数据传输、处理和通信都需要消耗能量，因此优化拓扑结构以降低能耗是首要任务。

能耗问题是无线传感器网络拓扑优化中的核心关注点。

传感器节点的能量主要消耗在数据传输上，传输距离越远，能耗越大。

因此，通过合理的拓扑结构设计，减少节点之间的通信距离，可以有效地降低能耗。

例如，采用聚类的拓扑结构，将网络中的节点划分为不同的簇，每个簇内选举一个簇头节点负责与其他簇头或汇聚节点进行通信，从而减少了普通节点的通信能耗。

通信效率也是拓扑优化需要考虑的重要因素。

一个高效的拓扑结构能够减少数据传输的延迟和丢包率，提高网络的吞吐量。

在设计拓扑结构时，需要考虑节点的分布、通信链路的质量以及网络的负载均衡等问题。

通过优化路由算法，选择最优的通信路径，可以提高通信效率。

覆盖范围是衡量无线传感器网络性能的另一个重要指标。

要确保网络能够对监测区域进行全面、有效的覆盖，同时避免节点的冗余部署。

通过合理的拓扑控制，可以调整节点的工作状态和发射功率，实现覆盖范围的优化。

可靠性也是不容忽视的方面。

在一些关键应用场景中，如环境监测、医疗监护等，网络的可靠性至关重要。

无线传感器网络中的多跳路由协议优化无线传感器网络（Wireless Sensor Network, WSN）是由大量分布式无线传感器节点组成的一种网络系统。

这些传感器节点通过无线通信来收集、处理和传输环境中的信息。

多跳路由协议作为无线传感器网络中的关键组成部分，起着将数据从源节点传输到目的节点的重要作用。

优化多跳路由协议可以提高网络的性能和效率，同时减少能源消耗，延长网络的工作寿命。

多跳路由协议是无线传感器网络中的关键技术之一，它决定着数据在网络中的传输路径。

在无线传感器网络中，每个节点都具有有限的能源和计算能力。

因此，设计高效的多跳路由协议是非常重要的。

针对无线传感器网络中的多跳路由协议，存在以下几个优化方面：1. 路由选择算法的优化多跳路由协议中的路由选择算法直接影响到网络的性能和效率。

传统的路由选择算法通常采用最短路径优先或者最小耗能路径等方式进行选择。

然而，这些算法可能会导致成为拥塞节点的性能下降，同时也无法有效地应对动态网络环境的变化。

因此，需要设计新的路由选择算法来优化多跳路由协议。

随着深度学习和人工智能技术的快速发展，可以尝试将这些技术引入到多跳路由协议中，提高路由选择的准确性和适应性。

2. 路由信息的更新和分发机制的优化在无线传感器网络中，节点之间的连接可能会动态变化，节点可能会进入休眠状态或者由于能源耗尽而离线。

因此，多跳路由协议需要有有效的机制来更新和分发路由信息。

传统的路由信息更新和分发机制采用周期性更新或者事件驱动的方式，这种方式可能导致能源的浪费和网络的延迟。

因此，需要优化路由信息的更新和分发机制，例如通过网络编码、压缩等方式减少信息传输的开销。

3. 能量均衡和链路稳定性的优化在无线传感器网络中，能量是一个非常宝贵的资源。

由于传感器节点的能源是有限的，不同节点之间的能量消耗可能会存在不平衡。

因此，优化多跳路由协议需要考虑能量均衡问题，避免某些节点过早耗尽能源而影响整个网络的工作寿命。

物联网中的无线传感器网络路由优化研究随着物联网技术的迅猛发展，无线传感器网络在各个领域的应用越来越广泛。

然而，由于无线传感器节点资源有限，以及网络拓扑变化频繁等原因，如何有效地优化无线传感器网络的路由成为一个重要的研究问题。

一、无线传感器网络的特点无线传感器网络由大量的无线传感器节点组成，这些节点分布在特定的区域中。

这些节点能够感知环境中的各种信息，并通过无线通信将这些信息传输到目标地点。

无线传感器网络具有以下几个特点：1. 自组织：无线传感器网络中的节点可以自动地组织成网络，无需人为干预。

节点之间通过无线通信协作完成数据传输任务。

2. 节点资源有限：无线传感器节点通常由电池供电，节点的能量、存储和计算能力都有限。

因此，在设计无线传感器网络路由时，需要考虑到节点资源的限制。

3. 网络拓扑动态变化：无线传感器网络中的节点通常是动态的，网络拓扑通过节点的移动而不断变化。

这对路由算法的设计提出了更高的要求。

二、无线传感器网络路由优化的意义无线传感器网络路由优化的目标是通过合理地选择传输路径，最大限度地节省能量、降低延迟，并保证网络的可靠性和稳定性。

路由优化可以提高网络的性能，延长节点寿命，并提高网络的适应性和扩展性。

三、无线传感器网络中的传统路由协议在无线传感器网络中，常用的传统路由协议有以下几种：1. LEACH（Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy）：这是一种基于分簇的路由协议，将传感器节点划分为若干簇，每个簇由一个簇头节点负责，通过簇头节点将数据传输到基站。

2. AODV（Ad-hoc On Demand Distance Vector）：这是一种基于距离向量的路由协议，通过维护路由表和请求-应答的方式实现数据传输。

3. DSR（Dynamic Source Routing）：这是一种基于源路由的路由协议，数据包中包含完整的传输路径信息，通过多跳方式将数据传输到目标地点。