1、項目名稱基于多目標優(yōu)化的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議研究項目負責人（簽名）_所在學校（蓋章）_“研究類別”含義： 基礎(chǔ)研究：指為獲得關(guān)于現(xiàn)象和可觀察事實的基本原理及新知識而進行的實驗性和理論性工作，它不以任何專門或特定的應用或使用為目的。 應用研究：指為獲得新知識而進行的創(chuàng)造性的研究，它主要是針對某一特定的實際目的或目標。 試驗發(fā)展：指利用從科學研究和實際經(jīng)驗中所獲得的現(xiàn)有知識、生產(chǎn)新材料、新產(chǎn)品、新裝置、新流程和新方法，或?qū)ΜF(xiàn)有的材料、產(chǎn)品、裝置、流程、方法進行本質(zhì)性的改進而進行的系統(tǒng)性工作。 推廣應用、科技服務：指與研究與發(fā)展活動相關(guān)并有助于科學技術(shù)知識的產(chǎn)生、傳播和應用的活動。研究項目項目名稱

2、基于多目標優(yōu)化的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議研究研究類別1.基礎(chǔ)研究 2.應用研究 3.試驗發(fā)展 4.推廣應用 5.科技服務依托的一級學科電子、通信與自動控制技術(shù)成果形式論文+報告起止時間 2014年 4月到 2016年4月經(jīng)費申請總額 1.8萬元其他經(jīng)費及其來源無項目負責人姓 名職 稱工作單位電子郵箱項除目負組責主人要外成五員名姓名職稱學位專業(yè)工作單位承擔任務本人簽名項目負責人近三年來承擔的研究項目項目名稱項目來源起止年月排名進展一種改進的基于能效的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇路由協(xié)議校高級別預研2012.7-2015.61在研基于網(wǎng)絡(luò)編碼的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸可靠性研究校科研基金2010.4-2012.

3、41結(jié)題基于數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的自動化推薦算法研究校高級別預研2011.7-2014.64在研影響新建應用型本科院校學生學習投入的關(guān)鍵因素分析及對策研究省教育規(guī)劃課題2013.10-2014.105在研項目負責人為第一署名人的代表性成果成果名稱成果來源獲得時間排名等級Research on a Improved Wireless Sensor Networks Clustering Protocol?？萍脊ぷ鞒晒?013年1三等獎Research of Multicast Routing Protocol in Wireless Sensor Networks Based On Network C

4、oding?？萍脊ぷ鞒晒?012年1三等獎Multicast Algorithm in wireless sensor Networks Based on Distributed Networking Coding校科技工作成果獎2011年1三等獎Security Analysis and Recommendations for Wireless LAN 802.11b network?？萍脊ぷ鞒晒?011年1三等獎1 本項目研究意義及國內(nèi)外同類研究工作現(xiàn)狀（附主要參考文獻及出處）：1.1 本項目研究意義無線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為國際最前沿的新技術(shù)，被譽為IT技術(shù)的第四次產(chǎn)業(yè)革命和下一代計算機網(wǎng)絡(luò)

5、的發(fā)展方向，改變?nèi)祟愓J識自然及與自然界交互的方式，成為人們生活中不可或缺的一部分12。1999年在美國召開的移動計算和網(wǎng)絡(luò)國際會議上，提出“無線傳感網(wǎng)是下一個世紀人類面臨的又一個發(fā)展機遇”。美國商業(yè)周刊將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)列為21世紀最有影響力的21項技術(shù)之一3。MIT技術(shù)評論將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)列入十種改變未來世界新興技術(shù)之首4。中國把無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展提高到了國家戰(zhàn)略高度，將其列入了國家中長期科學與技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020）、信息產(chǎn)業(yè)科技發(fā)展“十一五”計劃和2020年中長期規(guī)劃（綱要）等重大專項研究之中。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應用在人類無法監(jiān)測以及惡劣的環(huán)境中，在軍事、環(huán)境、生物、醫(yī)療保健、

6、空間探索和商業(yè)應用方面顯示出很大的應用價值。具有檢測精度高、容錯性能好、監(jiān)測區(qū)域大、可遠程監(jiān)控等優(yōu)點和能量受限的特點，逐漸成為國內(nèi)外網(wǎng)絡(luò)研究的熱點5。由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)受到嚴格而近乎苛刻的能源和寬帶限制，且傳感器節(jié)點工作在惡劣的環(huán)境中，采用微型電池供電而很難進行充電或替代，而傳感器節(jié)點既要負責收集敏感數(shù)據(jù)，又要完成數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ?，而傳感器能量消耗?0%集中在數(shù)據(jù)的傳輸上6。因此在節(jié)點能源有限的條件下，如何設(shè)計和優(yōu)化無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇路由協(xié)議就成為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應用中需要迫切解決的問題之一。而一種性能高效的分簇路由協(xié)議將能夠極大的均衡各個傳感器節(jié)點在無線傳輸上的能量消耗，大幅度延長網(wǎng)絡(luò)的生命周

7、期。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀為了達到均衡能量消耗的目的，許多研究者提出層次型(成簇)網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，也就是將整個監(jiān)測區(qū)域分為一個個的簇(cluster)，每個簇有一個簇頭(cluster head)節(jié)點，其他為簇內(nèi)節(jié)點。低一級網(wǎng)絡(luò)的簇頭是高一級網(wǎng)絡(luò)中的簇內(nèi)成員，由最高層的簇頭與匯聚節(jié)點通信。其中由Heinzelman W等人提出的LEACH7，是WSN中最早提出的成簇路由協(xié)議，它的基本思想是等概率地隨機循環(huán)選擇簇頭，將整個網(wǎng)絡(luò)的能量負載平均分配到每個傳感器節(jié)點，從而達到降低網(wǎng)絡(luò)能量耗費、延長網(wǎng)絡(luò)生存時間。但LEACH 協(xié)議選舉簇頭節(jié)點時未考慮節(jié)點剩余能量以及簇頭節(jié)點分布不均勻等缺點，這樣就有可能使

8、剩余能量低的節(jié)點成為簇頭的可能，盲節(jié)點過早出現(xiàn)導致網(wǎng)絡(luò)過早死亡，網(wǎng)絡(luò)的負載平衡程度下降。此外，數(shù)據(jù)傳輸階段LEACH 算法采用的是單跳路由算法方式，每個傳感器節(jié)點都可以直接把數(shù)據(jù)發(fā)送給基站導致遠離基站的簇頭過早死亡。因此，隨著LEACH 協(xié)議的不斷運行，很容易出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)節(jié)點的剩余能量不均衡狀態(tài)。而在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，簇頭相當?shù)闹匾?，若出現(xiàn)簇頭的剩余能量遠低于網(wǎng)絡(luò)的平均值，則就意味著該簇頭能量十分容易耗盡成為盲節(jié)點，而在一個網(wǎng)絡(luò)中，如果盲節(jié)點的頻繁出現(xiàn)會導致整個網(wǎng)絡(luò)的生存時間縮短。針對LEACH的不足，國內(nèi)外提出了一些改進的分簇路由算法，HEED8在簇頭選擇過程中考慮節(jié)點的剩余能量及簇內(nèi)通信代價

9、，并在分簇過程中通過若干次迭代形成均勻的簇。但同時產(chǎn)生單節(jié)點簇，使熱點問題更加嚴重，并不能有效地延長整個網(wǎng)絡(luò)的生命周期。EECS9結(jié)合了LEACH的概率選擇機制及HEED的局部競爭機制來實現(xiàn)簇頭的選擇，雖然EECS在簇頭的分布上有很大的改進，但仍沒有考慮節(jié)點所處位置對節(jié)點能量消耗的影響。而后文獻10111213將各個節(jié)點的剩余能量加入到節(jié)點簇頭選擇算法中，其中文獻13提出了非均勻簇頭競選算法，使得剩余能量更大的節(jié)點當選簇頭的概率更大。而在國內(nèi)，文獻14針對“熱點”問題提出一種非均勻分簇算法EEUC，依據(jù)節(jié)點距基站的遠近構(gòu)造大小不等的簇，從而均衡簇內(nèi)能量開銷。文獻15以HEED協(xié)議為基礎(chǔ)，對于“

10、孤兒節(jié)點”和“孤立簇頭節(jié)點”，采用“最優(yōu)鄰居中繼入簇”策略加入鄰近簇，減少簇頭數(shù)目和簇頭節(jié)點間的通信開銷。文獻16在EEUC基礎(chǔ)上，基于蟻群優(yōu)化算法提出一種新的非均勻分簇算法，采用首輪所有節(jié)點參與競選、后續(xù)輪簇內(nèi)調(diào)整的方法替代EEUC隨機激活的周期性簇頭選舉策略。文獻17在原有的LEACH 協(xié)議的基礎(chǔ)上進行分區(qū)域的簇頭選取，并在區(qū)域內(nèi)簇頭之間采用多跳傳輸數(shù)據(jù)的方式，從而促進能量負載的均衡。文獻18融合傳感網(wǎng)絡(luò)的分簇思想和鏈式多跳機制，根據(jù)通信代價對網(wǎng)絡(luò)進行分層，提出了分層多跳分簇路由算法。文獻19提出了一種適用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的自適應分布式聚簇路由協(xié)議，通過計算最佳簇頭占有比率并結(jié)合節(jié)點剩余能

11、量選取簇頭集。文獻20提出一種用于提高無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能效的雙輪成簇協(xié)議，在簇頭選取算法中引入剩余能量參數(shù)使得網(wǎng)絡(luò)能耗更加均衡。參考文獻：1 I. F. Akyildiz, W. Su, Y. Sankarasubramaniam.Wireless sensor networks:a surveyJ. Computer Networks:2002,38(4):393-422.2 孫利民,李建中,陳渝,等.無線傳感網(wǎng)絡(luò)M.北京：清華大學出版社,2005:10-100.3 J. Terry, W. Vander.10 emerging technology that will change the

12、worldJ. MIT Enterprise Technology Review:2003,106(1):33-49.4 D. Robert.The future of technologyM.Business Week,2003:1-50.5 于海斌,曾鵬,王忠鋒,等.分布式無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議研究J.通信學報:2004, 25(10):102-110.6 楊喜敏.傳感器網(wǎng)絡(luò)中的能量消耗問題研究J.單片機及嵌入式系統(tǒng)應用,2006:01:27-29.7 Heinzelman, W.R. Chandrakasan, A. Balakrishnan, H. Energy-efficient c

13、omm- unication protocol for wireless microsensor networksC.In: Proc.of the 33rd Annual Hawaii International Conference on,System Sciences, 2000.4-7 Jan.2000,10(2):1541-1547.8 O Yonis, et al. HEED: A Hybrid, energy-efficient,distributed clustering approach for ad-hoc sensor networks J.IEEE Trans on M

14、obile Computing,2004:3(4):366-379.9 Ye M，Li C F，Chen G H，etal.EECS: an energy efficient clustering scheme in wireless sensor networksC/ Proceedings of the 24th IEEE International Conference on Performance Computing and Communicationss.l:IEEE Press,2005:53554010 Manjeshwar, A. Agrawal, D. P.TEEN: A r

15、outing protocol for enhanced efficiently in wireless sensor network C. Parallel and Distributed Processing Symposium,Proceedings 15th Internati.Apr 2001,2001:2009-2015.11 Ye M, Li C, Chen G, Wu J. EECS: An energy efficient cluster scheme in wireless sensor networks C. In: Dahlberg T, Oliver R, Sen A

16、, Xue GL, eds.Proc.of the IEEE IPCCC 2005. New York:IEEE Press,2005:535-540.12 Handy MJ, Haase M, Timmermann D.Low energy adaptive clustering hierarchy with deterministic cluster-head selection C. In: Proc.of the 4th IEEE Conf.on Mobile and Wireless Communications Networks.Stockholm: IEEE Communi- c

17、ations Society, 2002, pp. 368-372.13 CHEN Xuhui,YANG Zhiming,CHENG Huiyan.Unequal Clustering Mechanism of LEACH Protocol for Wireless Sensor NetworksC.2009 World Congress on Computer Science and Information Engineering,Los Angeles,USA,March,2009.14 李成法,陳貴海，葉懋,等.一種基于非均勻分簇的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議J.計算機學報:2007,30（1

18、）:27-36.15 尹安,汪秉文,戴志誠,等.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)HEED分簇協(xié)議的研究與改進J.小型微型計算機系統(tǒng):2010,31(10):2002-2006.16 張榮博,曹建福.利用蟻群優(yōu)化的非均勻分簇無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由算法J.西安交通大學學報:2010,44(6):33-38.17 劉園莉,李臘元,盧迪.節(jié)能的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇路由協(xié)議的研究J.傳感技術(shù)學報:2010,23(12):1792-1797.18 周冬鑫,金文光,容志能.基于分層的無線傳感網(wǎng)絡(luò)多跳分簇路由算法J.傳感技術(shù)學報:2011,24(1):73-78.19 洪榛，俞立，張貴軍 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)自適應分布式聚簇路由協(xié)議J自動

19、化學報，2011，37 ( 10 ) :1197-120520 陳慶章，趙小敏，陳曉瑩.提高無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能效的雙輪成簇協(xié)議設(shè)計J軟件學報，2010，21 ( 10 ) :2933-2943 2 主要研究內(nèi)容、目標、方案和進度及擬解決的關(guān)鍵問題：2.1 主要研究內(nèi)容本課題主要研究在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇路由協(xié)議中引入多目標優(yōu)化模型，通過改進的和聲搜索算法和簇間二連通網(wǎng)絡(luò)拓撲進一步均衡網(wǎng)絡(luò)能量消耗，延長網(wǎng)絡(luò)生命周期。主要研究內(nèi)容如下：1、研究多目標優(yōu)化模型在已有的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇路由協(xié)議優(yōu)化的研究中簇頭的選取至關(guān)重要，但目前對于簇頭節(jié)點的選取研究一般僅考慮單個決定性的指標，如節(jié)點剩余能量或節(jié)點之間

20、的距離等，這樣就會使系統(tǒng)的性能出現(xiàn)瓶頸。因此需要研究如何建立集距離、系統(tǒng)能耗等多個目標在內(nèi)的優(yōu)化模型，從而將簇頭節(jié)點的選擇問題轉(zhuǎn)化為節(jié)點與Sink節(jié)點的距離、分簇距離和系統(tǒng)能量消耗為優(yōu)化目標的多目標優(yōu)化問題。2、研究改進的和聲搜索算法 標準的和聲搜索算法作為一種啟發(fā)式全局搜索算法，在解決多維函數(shù)優(yōu)化問題上展示了較遺傳算法、模擬退火算法等更好的優(yōu)化性。如果用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇路由協(xié)議的多目標優(yōu)化中，較之傳統(tǒng)的分簇路由協(xié)議LEACH能有效均衡網(wǎng)絡(luò)能耗。但由于該算法全局優(yōu)化能力較弱、種群的多樣性較差，因此需要研究如何對原有的和聲搜索算法進行優(yōu)化和改進，從而增強算法的全局搜索能力、提高種群的多樣性和

21、算法的快速收斂。3、研究簇間通信二連通網(wǎng)絡(luò)拓撲在分簇路由協(xié)議的簇間通信階段，簇頭與Sink節(jié)點的主干網(wǎng)絡(luò)至關(guān)重要，雖然目前一連通的主干網(wǎng)絡(luò)冗余較少，但如果某個節(jié)點失效則可能導致整個網(wǎng)絡(luò)的分割。因此需要根據(jù)圖論相關(guān)知識，在最小生成樹算法設(shè)計思路的基礎(chǔ)上研究如何構(gòu)建二連通的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，使得當某個節(jié)點失效的情況下，剩余網(wǎng)絡(luò)仍然是連通，從而保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，有效減少簇間通信的能量消耗。2.2 研究目標在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇路由協(xié)議中均衡網(wǎng)絡(luò)能耗和延長網(wǎng)絡(luò)壽命一直是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應用中需要迫切解決的問題之一。針對現(xiàn)有路由協(xié)議存在能耗不均、網(wǎng)絡(luò)壽命短等問題，本課題提出一種基于多目標優(yōu)化的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)

22、分簇路由協(xié)議，通過引入改進的和聲搜索算法實現(xiàn)對簇頭和簇內(nèi)節(jié)點的全局性優(yōu)化。同時在簇間通信中提出基于最小生成樹的二連通網(wǎng)絡(luò)拓撲，在提高網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)目煽啃缘耐瑫r減少網(wǎng)絡(luò)能耗。通過本課題的研究，將進一步優(yōu)化無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的分簇路由協(xié)議，使得網(wǎng)絡(luò)能耗和負載更加均衡，網(wǎng)絡(luò)工作時間進一步延長。2.3 擬解決的關(guān)鍵問題1、如何優(yōu)化和改進標準的和聲搜索算法，保證在簇頭選取時更具有全局搜索能力和自適應能力；2、如何在最小生成樹（MST）的基礎(chǔ)上構(gòu)建用于簇間通信二連通性的網(wǎng)絡(luò)拓撲，保證網(wǎng)絡(luò)上數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?.4 方案1、構(gòu)建多目標優(yōu)化模型1）確定傳輸模型 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的設(shè)計與信道能量的損耗相關(guān)，因此在

23、本次研究中使用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的一階無線模式，發(fā)送階段的能量消耗表達式為： 其中ETab表示節(jié)點a發(fā)送數(shù)據(jù)到節(jié)點b所消耗的能量，l表示消息的長度，Ee為每發(fā)送或接收1 b 數(shù)據(jù)傳輸所消耗的能量，l為長距離傳輸時功率放大器多路徑衰落傳輸常數(shù)，dab為節(jié)點a和節(jié)點b之間的歐氏距離，s表示短距離傳輸時功率放大器自由空間傳輸常數(shù)，dt為傳輸距離的閾值，取值為。接收時消耗的能量表達式為：其中E表示接收數(shù)據(jù)l所消耗的能量，EBF為消息處理時所消耗能量。現(xiàn)假設(shè)一個由n個成員節(jié)點組成的簇，則簇頭節(jié)點h和成員節(jié)點m在一個回合消耗的能量分別為： 其中Eh表示簇頭節(jié)點h消耗的能量，Em表示成員節(jié)點m在一個回合消耗的

24、能量。2）建立多目標模型本課題將簇頭節(jié)點的選擇問題轉(zhuǎn)化為節(jié)點與Sink節(jié)點的距離、分簇距離和系統(tǒng)能量消耗為優(yōu)化目標的多目標優(yōu)化問題，因此需要建立對應的目標模型。目標模型f1（Sink節(jié)點的距離DS），其中m表示部署節(jié)點的總數(shù)，dksink表示節(jié)點k到Sink節(jié)點的歐氏距離。其數(shù)學表達式為：目標模型f2（簇距離CD），其中dt表示簇t的距離，W表示節(jié)點分簇的總數(shù)，dih表示簇成員節(jié)點i到簇頭節(jié)點h之間的歐氏距離，其中n為以節(jié)點h為簇頭的成員節(jié)點數(shù)，dhsink表示簇頭節(jié)點h到Sink節(jié)點的歐氏距離。其定義為：目標模型f3（網(wǎng)絡(luò)能量消耗E），其中對于每一個簇來說，表示n個成員節(jié)點將數(shù)據(jù)傳輸給簇頭節(jié)

25、點消耗的能量，nER表示簇頭節(jié)點接收n個成員節(jié)點傳輸?shù)臄?shù)據(jù)所消耗的能量，EThsink表示簇頭節(jié)點將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絊ink節(jié)點所消耗的能量。其數(shù)學表達式為：2、構(gòu)建優(yōu)化的和聲搜索算法和聲搜索算法( harmony search，HS) 是Geem Z W等人提出的一種啟發(fā)式智能優(yōu)化算法，具有收斂速度快、實現(xiàn)簡單等優(yōu)點，在許多組合優(yōu)化問題中得到了成功應用。其算法思想源于模擬音樂家音樂創(chuàng)造的過程，通過將優(yōu)化問題的決策變量類比于樂器的音調(diào)，解向量類比為各種樂器音調(diào)的和聲，優(yōu)化目標類比為評價函數(shù)，種群類比為和聲記憶庫，對問題進行優(yōu)化求解。HS算法首先初始化和聲記憶庫( harmony memory，HM)

26、，對于每一個新產(chǎn)生的解分量，以概率HMCR( harmony memory considering rate)在HM內(nèi)取值并以概率PAR( pitch adjusting rate)進行局部擾動，以概率1-HMCR在變量可能值域中取值，生成新的解。若產(chǎn)生的新解目標函數(shù)值優(yōu)于HM內(nèi)的最差解，則用新解替換最差解。算法不斷運行直至收斂或達到最大迭代次數(shù)。研究表明：HS算法是單個體迭代算法，具有迭代速度緩慢、易陷入局部最優(yōu)以及求解質(zhì)量不高等缺陷，針對分簇路由協(xié)議中的多目標優(yōu)化問題，需要采用改進的二進制和聲搜索算法，主要步驟如下：1）編碼方案設(shè)定。采用二進制編碼方式，編碼的長度為N(與部署節(jié)點的數(shù)目相同

27、) ，其中“0”表示成員節(jié)點，“1”表示簇頭節(jié)點，在數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中，用“-1”表示能量已耗盡的死亡節(jié)點。編碼示意圖2）初始個體及HM的產(chǎn)生：初始時，簇頭節(jié)點在全網(wǎng)所有節(jié)點中隨機產(chǎn)生，其余節(jié)點選擇加入與其距離最近的簇頭節(jié)點，成為其成員節(jié)點。算法運行后簇頭節(jié)點的選擇依據(jù)與Sink節(jié)點距離f1、簇距離f2，網(wǎng)絡(luò)能量消耗f3以及節(jié)點的剩余能量4個參數(shù)確定。和聲記憶庫HM的初始化按照前面的編碼方式進行初始化：由于HM中的每個個體都是隨機產(chǎn)生，因此可根據(jù)系統(tǒng)分簇的數(shù)量和每個簇只有一個簇頭的規(guī)則去驗證種群Xi = xi,1,xi,2,xi,N的有效性，對于不符合要求的簇，可重新產(chǎn)生簇頭節(jié)點加以解決。3）生

28、成新和聲：接下來按照下面規(guī)則產(chǎn)生新和聲Hi = hi,1，hi,2 ，hi,N 。其中：r 和r' 為( 0，1) 之間的隨機數(shù)，對新和聲加入隨機擾動，原始的離散和聲算法在執(zhí)行此步驟時已退化為類似遺傳算法中的變異操作，這將降低離散和聲算法的全局優(yōu)化能力。針對這一缺點，課題將提出全局共享因子的概念，它是一種僅隨迭代次數(shù)非線性動態(tài)變化的共享因子。由于它是由較小的初值迅速增大到一個穩(wěn)態(tài)值，因此可以抑制隨機性音調(diào)微調(diào)的隨機性，較好的增強算法的全局優(yōu)化能力。同時傳統(tǒng)的HS算法的參數(shù)HMCR和參數(shù)PAR為固定值，不能根據(jù)算法進化過程中目標函數(shù)的特點變化。針對這個缺點，本課題提出一種改進的自適應的縮

29、放因子，使得參數(shù)PAR隨著迭代次數(shù)逐漸增大，這樣有利于算法在迭代初期進行全局搜索，到后期在局部范圍內(nèi)尋找Pareto最優(yōu)解。而參數(shù)HMCR隨著迭代次數(shù)逐漸減小，這樣使算法在迭代初期可以對和聲記憶庫內(nèi)進行充分搜索，隨著迭代次數(shù)增加，逐步轉(zhuǎn)到HM外進行搜索，提高種群的多樣性。4） 適應度函數(shù)及個體選擇。對于種群的每個個體，定義其初始適應度為：式中：1、2、3為子函數(shù)相應的權(quán)值，初始權(quán)值由系統(tǒng)隨機產(chǎn)生，且1 + 2 + 3 = 1。因此在算法的求解過程中，選擇與隨機線性加權(quán)策略隨機產(chǎn)生權(quán)值不同的方法，本課題將使用子目標函數(shù)權(quán)值根據(jù)進化過程中個體的演化過程作自適應的調(diào)整的策略，每個子目標函數(shù)的權(quán)值為：

30、其中：fi( g) 表示迭代次數(shù)為g 時子目標函數(shù)fi的值。3、構(gòu)建二連通網(wǎng)絡(luò)拓撲在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中簇頭節(jié)點與Sink節(jié)點之間采用單跳方式進行通信，這樣遠距離通信會消耗過多能量導致簇頭節(jié)點容易失效，從而不利用大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)的建立。為避免直接與基站節(jié)點通信而耗費大量能量，可采用多跳通信方式。但在多跳通信方式中，需要充分考慮信息傳輸過程中的可靠性，以免鏈路或者節(jié)點失效。因此在簇間通信時，以最小生成樹LMST算法為基礎(chǔ)保證網(wǎng)絡(luò)的單連通性，并在此基礎(chǔ)上通過添加邊的方式來減少網(wǎng)絡(luò)圖中的割點和割邊的數(shù)量，以提高網(wǎng)絡(luò)的連通性。算法具體步驟如下：1）構(gòu)建簇間初始連通拓撲圖利用LMST算法構(gòu)建簇間通信的初始連通圖。

31、每個節(jié)點通過信息交換來獲得其在最大發(fā)射功率范圍內(nèi)的單跳鄰居的信息，根據(jù)各個節(jié)點的鄰居信息，利用Prim算法來獲得節(jié)點的局部最小生成樹以構(gòu)造全局的初始拓撲。2）在初始連通圖上構(gòu)建簇間二連通圖利用LMST算法構(gòu)建簇間通信的初始連通圖。根據(jù)第一步得到的初始拓撲，利用深度優(yōu)先搜索算法計算連通圖中的割點和割邊，然后去除網(wǎng)絡(luò)中的割點和割邊。對于割邊，如果割邊的一個頂點為葉子節(jié)點，則通過從葉子節(jié)點開始遞歸查找度數(shù)大于3的節(jié)點，然后增大該葉子節(jié)點的發(fā)射功率使得節(jié)點可以發(fā)送信息到不在該葉子節(jié)點到首個度數(shù)大于3的節(jié)點的路徑上的點，其中葉子節(jié)點與首個度數(shù)大等于3的節(jié)點之間的邊都為割邊，點都為割點。從而減少網(wǎng)絡(luò)中割邊

32、和割點的數(shù)量。如果割邊的兩個節(jié)點都不是葉子，則通過增大與割邊上的兩個點直接相連的節(jié)點的發(fā)射功率來去除。3）確定各個節(jié)點的最終發(fā)射功率節(jié)點按照其鄰居節(jié)點關(guān)系調(diào)整其發(fā)射功率，確定各節(jié)點的最終發(fā)射功率，使得節(jié)點能夠到達最遠鄰居節(jié)點。同時為了更好的保證簇頭和基站之間的二連通性，將基站加入到網(wǎng)絡(luò)的拓撲圖中，使得與割點相連的節(jié)點或者割邊上的兩個節(jié)點直接與基站進行通信，從而將簇頭節(jié)點收集到的信息可靠地發(fā)送到基站。2.5 進度計劃本項目計劃用時2年，起止時間分別為2014年4月至2016年4月，相關(guān)的進度和工作安排如下表：起始年月主要計劃目標2014.42015.41、研究已經(jīng)的和聲搜索算法資料，撰寫文獻綜述

33、1篇；2、構(gòu)建多目標優(yōu)化模型，并將改進的二進制和聲搜索算法應用到無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇路由協(xié)議中；3、根據(jù)研究成果發(fā)表相應的學術(shù)論文1-2篇。2015.52016.41、在已有的分簇路由協(xié)議數(shù)據(jù)傳輸階段，提出一種基于LMST的二連通網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕?、總結(jié)項目研究過程，對下一階段研究提出展望；3、發(fā)表學術(shù)論文1篇。3與本項目有關(guān)的工作條件（包括研究工作基礎(chǔ)、實驗條件等）課題負責人所在學院已將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)研究作為重點學科發(fā)展方向，組建了一批具有一定研究能力的教師從事該方向的研究工作。擁有一定數(shù)量傳感器節(jié)點并組建相當規(guī)模的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實驗平臺，同時還擁有節(jié)點和網(wǎng)絡(luò)分析設(shè)

34、備、高速互聯(lián)網(wǎng)、大型服務器、高檔PC等設(shè)備保證。這些條件為本課題提供了優(yōu)秀的研究開發(fā)、實驗數(shù)據(jù)獲取、研究成果驗證的環(huán)境，使得本課題具有良好的研究條件。同時課題組所在研究所對于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議、數(shù)據(jù)處理等方面都有一定的研究積累，并對該項目的可行性進行了詳細且周全的分析，完成了一些驗證性的初步研究。研究所內(nèi)進行相關(guān)實驗的設(shè)施較為齊全，有在此方面開展較高水平軟硬件研究的能力。課題負責人主要從事無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究和學生科研指導工作，并且將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇協(xié)議設(shè)計、路由協(xié)議設(shè)計作為近幾年主攻的研究方向，具有扎實的理論和較強的實踐能力。工作期間參與多項市廳級科研項目研究工作，主持校級科研基金項目

35、1項：“基于網(wǎng)絡(luò)編碼的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸可靠性研究”和校高級別預研項目1項：“一種改進的基于能效的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇路由協(xié)議”。近3年在高水平學術(shù)會議和期刊上發(fā)表學術(shù)論文9篇，其中7篇被EI檢索。出版省“十一五”重點教材1部，入選2010年浙江省高校優(yōu)秀青年教師資助計劃。此外課題組成員一直從事計算機網(wǎng)絡(luò)特別是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)特性方面的基礎(chǔ)研究工作，絕大多數(shù)成員具有較強的理論研究分析能力和實驗仿真能力，同時將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議設(shè)計作為近幾年主攻的研究方向，并致力于研究出一種高效、可靠、實用、節(jié)能且針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)特點的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，并將取得的研究成果應用到各種實際的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應用系統(tǒng)中

36、，相信本課題在所有成員的共同合作下，可以按時完成并取得較好的成果。到目前為止，所在團隊已經(jīng)在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議、傳輸可靠性、MAC協(xié)議、定位、時間同步等方面開展了深入而廣泛的研究工作，主持或參與寧波市自然科學基金2項(1.一種無信標結(jié)點無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位算法研究2. 基于PKI的Zigbee網(wǎng)絡(luò)安全方案研究)，省教育廳科研項目1項(基于移動Agent的低耗無線傳感網(wǎng)絡(luò)管理模型研究)，發(fā)表與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)相關(guān)論文13篇，其中被SCI/EI/ISTP檢索12篇。如在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議方面，針對傳統(tǒng)基于樹的組播路由算法在網(wǎng)絡(luò)資源和負載均衡上的不足，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)，提出了利用最小鏈路進行節(jié)

37、點選擇的方法，減少了資源的消耗。如在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇路由協(xié)議中，針對分簇路由協(xié)議LEACH中存在網(wǎng)絡(luò)簇間能量損耗不均勻、簇頭選取不合理等問題，提出在在LEACH協(xié)議基礎(chǔ)上設(shè)計一種改進的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇路由協(xié)議，并從簇頭數(shù)、簇頭選取算法和網(wǎng)絡(luò)拓撲等方面對LEACH協(xié)議加以改進，從而提高無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的能效。如在“基于移動Agent 的低耗無線傳感器網(wǎng)絡(luò)管理模型研究”項目，課題組對現(xiàn)有無線傳感器網(wǎng)絡(luò)模型進行研究，提出了改進的分簇管理模型，在LEACH協(xié)議的基礎(chǔ)上，加入了能量管理機制，從而避免了節(jié)點快速死亡，通過選擇最優(yōu)的簇頭數(shù)目降低了每輪網(wǎng)絡(luò)消耗的總能量，同時利用改進的遺傳算法和粒子群算法

38、進行路由選擇，加快了網(wǎng)絡(luò)收斂速度，降低了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的能量消耗。技術(shù)團隊發(fā)表的與本課題相關(guān)的代表性論文列表：1、 Zheng-Qiu Lu, Lin-Ge Wang, Jin Shan. Research on a Improved Wireless Sensor Networks Clustering Protocol. TELKOMNIKA (EI)2、 Zheng-Qiu Lu, Guang-Jun He. Research of Multicast Routing Protocol in Wireless Sensor Networks Based On Network Coding

39、. ICCSE2012(EI)3、 Zhengqiu Lu，Guangjun He，Shan Jin. Multicast Algorithm in wireless sensor Networks Based on Distributed Networking Coding. AIMSEC2011(EI)4、 Lu, Zhengqiu; Tian, Si; Wang, Ming; Ye, Peisong; Chen, Qingzhang.Security Analysis and Recommendations for Wireless LAN 802.11b network. CECNet2011(EI)5、 Zhou chunliang. Application of Weighted cetroid location algorithm in Forest Fire Monitoring. ICCSEE 2013,(EI)6、 周春良. 基于耦合振蕩器模型的WSN時間同步算法-以ZigBee網(wǎng)絡(luò)為例.計算機工程與應用,2013.7、 Ming,Wang;Zhengqiu, Lu; Shan, Jin; Beng, Shao; Qingzhang, Chen.Design of an Indoor Positioning and Traking Alg