题目：基于PSO的无线传感器网络分簇路由研究

微机电系统(MEMS)、传感器技术、嵌入式技术和无线通信技术的日益成熟和进步，推动了无线传感器网络(Wireless Sensor Networks, WSN)的产生和发展。无线传感器网络能够实时监测、感知和采集监测对象的信息，并将这些信息处理、融合后以自组织的通信方式传送给需要的用户，已被广泛地应用于国防军事、环境监测、安全生产、医疗监护、空间探索、城市交通管理、森林火险监测、智能家居等各个领域。因此WSN具有十分广阔的应用前景和很高的研究价值，近年来受到学术界和工业界的高度重视，成为研究的热点领域。但由于传感器节点能量、存储、计算和通信能力有限，因此如何以能量高效的方式收集信息并传输至基站成为非常关键的问题。
纵观国内外的研究现状，虽然许多学者在无线传感器网络的分簇及路由方面做了大量的工作，也取得了一定的成果，但一些问题仍然有待解决。研究表明，基于簇的拓扑在节约能量和提高带宽方面是高效的，并且网络的扩展性强，但经过一段时间运行之后，很难平衡网络中所有节点的剩余能量。另外随着WSN中传感器节点数的增加，路径搜索空间呈指数增加，因此寻求有效的启发式算法来解决WSN分簇和路由问题非常重要。
粒子群优化算法(Particle Swarm Optimization)是一种新型的群智能优化算法，它借鉴了自然界鸟群捕食的原理，通过群体中粒子的协作来搜索最优解。PSO算法具有概念简单、容易实现、收敛速度快等特点，鲁棒性强，适合分布式和并行处理，是一种有效的全局搜索算法，已被成功应用于函数优化、神经网络、组合优化等很多方面。通过比较发现，PSO更能适应无线传感器网络环境下的工作状态和网络拓扑结构的动态变化，与WSN路由性能要求上有很大相似之处，因此将PSO用于优化WSN分簇和路由具有一定的研究意义。
本文对无线传感器网络分簇路由进行研究，主要的工作如下：
(1)      广泛查阅国内外资料，对无线传感器网络及其特点进行了概述，总结了WSN路由的特点及设计要求，分析了当前主要路由协议的优势与不足，并指出了当前的研究热点及尚待解决的问题。
(2)      对如何动态确定最优簇数目进行了研究，分析了影响最优簇数目的因素。仿真结果表明，采用改进最优簇数目的LEACH与经典LEACH相比，网络的生命周期得到延长。
(3)      综合考虑了剩余能量的均衡程度、节点当前剩余能量和网络能耗，提出基于非线性递减惯性权重PSO的能量均衡性分簇算法MPSO-C，以保证网络节点能量负载均衡。此外利用Matlab软件进行仿真实验来分析算法的性能，仿真结果表明，与经典LEACH协议相比，运行MPSO-C算法后不仅延长了网络的生命周期，从一定程度上避免了网络空洞的出现；而且经过相同周期后，基站收到更多的数据信息；显示了算法在均衡网络能量方面的有效性。
(4)      为了避免某些节点负载过重而过早死亡，采用混合式路由策略，簇内的成员节点采取单跳方式与簇首通信，而簇首与Sink节点的通信采取单跳与多跳相结合的方式进行簇间通信。提出具有能量启发的基于优先级编码PSO的路由算法，以减少出现无效路径的概率和提高网络路由的可靠性，为WSN的路由优化提供新思路。