序号： 编码： 第十一届“挑战杯”广东大学生课外学术科技作品竞赛作品申报书 作品名称：一种基于水田模式及网络能量的WSN路由模型 学校全称： 华南农业大学 申报者姓名 （集体名称）：黄本立 杨晓俊 唐清泉 许东阳 池智君 何志恒 类别： 自然科学类学术论文 哲学社会科学类社会调查报告和学术论文 科技发明制作A类 科技发明制作B类说 明1申报者应在认真阅读此说明各项内容后按要求详细填写。2申报者在填写申报作品情况时只需根据个人项目或集体项目填写A1或A2表，根据作品类别（自然科学类学术论文、哲学社会科学类社会调查报告和学术论文、科技发明制作）分别填写B1、B2或B3表。所有申报者可根据情况填写C表。3表内项目填写时一律用钢笔或打印，字迹要端正、清楚，此申报书可复制。4序号、编码由第十一届“挑战杯”广东大学生课外学术科技作品竞赛组委会填写。5学术论文、社会调查报告及所附的有关材料必须是中文（若是外文，请附中文本），请以4号楷体打印在A4纸上（文章版面尺寸14.522cm），附于申报书后，论文不超8000字，调查报告不超15000字。6作品申报书须按要求由各校竞赛组织协调机构统一寄送。7其他参赛事宜请向本校竞赛组织协调机构咨询。A2申报者情况（集体项目）说明：1必须由申报者本人按要求填写；2申报者代表必须是作者中学历最高者，其余作者按学历高低排列；3本表中的学籍管理部门签章视为申报者情况的确认。申报者代表情况姓名黄本立性别男出生年月1990.05学校华南农业大学系别、专业、年级工程08级自动化学历本科学制4入学时间2008.09作品名称一种基于水田模式及网络能量的WSN路由模型毕业论文题目通讯地址广州市华南农业大学华山学生宿舍1栋217房邮政编码510630办公电话13710054948常住地通讯地址广州市华南农业大学华山学生宿舍1栋217房邮政编码510630住宅电话13710054948其他作者情况姓 名性别年龄学历所在单位杨晓俊男21本科华南农业大学工程学院许东阳男21本科华南农业大学工程学院唐清泉男20本科华南农业大学工程学院池智君男21本科华南农业大学工程学院何志恒男20本科华南农业大学工程学院资格认定学校学籍管理部门意见以上作者是否为2011年7月1日前正式注册在校的全日制非成人教育、非在职的高等学校中国籍专科生、本科生、硕士研究生或博士研究生。是否 （部门签章）年 月 日院、系负责人或导师意见本作品是否为课外学术科技或社会实践活动成果。是否负责人签名：年 月 日B3申报作品情况（科技发明制作）说明：1必须由申报者本人填写；2本部分中的科研管理部门签章视为对申报者所填内容的确认；3本表必须附有研究报告，并提供图表、曲线、试验数据、原理结构图、外观图（照片）,也可附鉴定证书和应用证书； 4作品分类请按照作品发明点或创新点所在类别填报。作品全称作品分类（B） A机械与控制（包括机械、仪器仪表、自动化控 制、工程、交通、建筑等） B信息技术（包括计算机、电信、通讯、电子等） C数理（包括数学、物理、地球与空间科学等） D生命科学（包括生物、农学、药学、医学、健 康、卫生、食品等） E能源化工（包括能源、材料、石油、化学、化 工、生态、环保等）作品设计、发明的目的和基本思路，创新点，技术关键和主要技术指标A. 作品设计、发明的目的：无线传感网络(WSN，wireless sensor networks)是当今国际备受关注的前沿热点研究领域，在军事、医疗以及工农业生产等领域已被广泛应用。无线传感器网络具有自组织、能量有限的特点，因此建立一种简单有效的路由机制对于维持网络稳定具有重要意义。本作品以意大利学者Dorigo M等人提出的蚁群算法为基础，参考近年来基于蚁群算法的无线传感器网络的经典改进算法，对网络能量、拓扑等方面做了进一步的研究和改进。作品设计有以下主要目的：（1） 比较EEABR、FEURA等多种基于能量的蚁群改进算法，分析其优劣性，提出一种基于平衡网络能量的新算法EERBA，并建立起其概率模型。（2） 使无线传感器网络在保证传输速率、确立最短路径的基础上，均衡地使用网络的能量，延长网络的生存时间。（3） 降低网络节点的重复使用率，延长节点的寿命，保证区域监控。（4） 增强网络拓扑性，减少网络由于路由重构而引起的能量消耗。（5） 减少丢包率，提高网络传输质量。（6） 将本算法推广应用于水田或丘陵等地理环境，通过实验加以修正。B. 作品基本思路：（1）在基本蚁群算法的基础上，引入基于能量的递减参数e，调节节点链路的信息素，通过信息素的递减避免链路的重复使用。（2）建立基于蚁群能量的路由选择概率模型，用NS-2网络仿真软件进行算法仿真，测量网络平均能量、网络节点剩余能量方差、标准差，以及丢包率，跳数等参数。（3）制作硬件仿真节点，构建模拟矩阵网络模型，对本算法进行仿真模拟，动态演示，分析其能量性能，反过来调整和修正能量递减参数。C. 创新点：（1）兼顾网络能量使用和数据传输速率，避免出现盲区。（2）算法简单，运算速度快。（3）通过能量变量的使用，克服ACOAN、DABA等蚁群算法的死锁问题。（4）有利于广东省丘陵地貌等地理环境中无线传感器网络节点的使用。D. 技术关键：（1）信息素修改公式的引入： 实现蚂蚁信息素正负反馈双向操作，克服盲区。（2）基于能量的递减变量的引入，避免死锁。E. 主要技术指标：（1）随机选择网络运行时刻，网络所有节点剩余能量标准差相对于基本蚁群算法有明显下降，表示网络节点能量使用比较均衡。（2）随机选择网络节点，在网络运行始末，节点信息素呈现震荡状态，表示在网络运行过程中，路由曾经出现重构。（3）网络所有节点能量下降曲线斜率小于基本蚁群算法，表示整个网络的能量更加节省。（4）节点平均丢包率相对基本蚁群算法有明显下降。（5）网络运行时间为基本蚁群算法的1.32倍。作品的科学性先进性（必须说明与现有技术相比、该作品是否具有突出的实质性技术特点和显著进步。请提供技术性分析说明和参考文献资料）本作品相对于基本蚁群算法以及很多改进型的蚁群算法如FEURA算法、EEABR算法、ACO算法、DATA算法等，在网络生存时间，能量均衡使用以及增强网络拓扑性和鲁棒性，避免死锁等问题上均有明显优势。下面主要以本申报书中出的EERBA算法与基本蚁群算法以及LEACH-EI算法进行对比，阐述本算法科学性先进性。1.基本蚁群算法基本蚁群算法应用仿生学，模仿蚂蚁觅食时搜寻路径的行为，将其基本原理运用到无线网络路由中，得到无线网络路由的优化解。蚁群算法具有良好的鲁棒性和很高的数据传输速率，但是由于没有考虑到无线网络能量的局限性，容易造成网络局部坏死。2.LEACH-EI算法LEACH-EI算法将无线网络中的所有节点分为若干簇，每个簇选举一个簇头，簇内节点需要发送的数据通过簇头转发。簇头根据节点信号强弱、能量剩余值等参数选定。虽然该算法考虑到节点能量消耗问题，但是使用簇头传送数据会减慢数据传送速率。3.EERBA算法本算法基于基本蚁群算法，利用了生物蚁群能通过个体间简单的信息传递，搜索从蚁巢至食物间最短路径的集体寻优特征，得到无线网络路由算法的优化解答。在基本蚁群算法的基础上添加能量模型，根据节点剩余能量水平对信息素浓度加以修正，加快能量水平较低的节点的信息素衰减。既保持较快的数据传输速率，同时平衡网络各节点的能量水平，延长网络的工作时间。经过软件仿真实验，EERBA算法相对于基本蚁群算法，无线网络生存时间延长1.3倍以上。【参考文献】1 Sabbineni H, Chakrabarty K. Location-aided flooding: an energyefficient data dissemination protocol for wireless-sensor networks J.IEEE Transactions on Computers, 2005, 54 (1) :36-46 .2. Mao, Shiwen,Hou,Y. Thomas. BeamStar:An Edge-Based Approach to Routing in Wireless Sensor NetworksJ. IEEE transactions on mobile computing. 2007 Vol.6:1284-12963.Shah RC.Rabaey JM.energy aware routing for low energy and hoc senser networks.in:proc IEEE wireless communications and networking conference,IEEE,Vol.1,17-21 March,20024 杨靖,熊伟丽,徐保国.无线传感器网络中基于蚁群算法的路由算法J.计算机工程,2009,35（6）：4-6 5 白凤娥,王莉莉,马艳艳.无线传感器网络路由协议LEACH的算法分析J.太原理工大学学报,2009,40(4)作品在何时、何地、何种机构举行的评审、鉴定、评比、展示等活动中获奖及鉴定结果 2011年3月获华南农业大学“丁颖杯”课外学术科技作品竞赛校级一等奖作品所处阶 段（ A ）A实验室阶段 B中试阶段 C生产阶段D （自填）技术转让方式作品可展示的形 式 实物、产品 模型 图纸 磁盘 现场演示 图片 录像 样品使用说明及该作品的技术特点和优势，提供该作品的适应范围及推广前景的技术性说明及市场分析和经济效益预测使用说明：本作品在基本蚁群算法的基础上进行修改，以考虑其网络能量使用情况，并对算法概率模型进行封装，可以使用于802.11协议、MAC协议、S-MAC协议等底层路由协议。技术特点和优势：相比由其他算法组成的WSN网络，本作品最大的优势就是在加强对WSN网络中节点的监控，避免网络节点迅速坏死，网络出现死循环的同时，利用基本蚁群算法最短路径的思想对网络中节点间的数据传输进行优化，并把算法引入到硬件模型中，在进一步延长网络生命周期的同时，减少了能量的损耗，增强产品的实用性。适用范围及市场推广前景分析：目前，WSN技术已经被广泛应用于很多领域，主要用于实时监测、感知和采集光强、温度、湿度、噪音和有害气体浓度等物理信息，在军事、农业及环境应用、医疗护理、智能家居、智能交通等方面都有着广阔的应用前景。本作品的产品定位主要是精细农业监控。特别是向节约化精准农业发展，这也符合了未来农业发展的趋势。像过去对农田环境参数，生态参数的观测很多是由遥感卫