【摘要】：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks,WSN)是由大量分布在檢測區(qū)域的傳感器節(jié)點(diǎn),通過自治組織方式構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)。因具有自組織性和低能耗性,而備受人們關(guān)注并被評為了21世紀(jì)最具有影響力的十大技術(shù)之一。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中,路由技術(shù)是現(xiàn)今研究熱點(diǎn)的技術(shù)之一。如何設(shè)計(jì)出能量高效利用、可靠性高、安全的路由算法成為了設(shè)計(jì)傳感器路由的追求目標(biāo)。在分層路由中,WSN被劃分為多個(gè)簇,靠近匯聚節(jié)點(diǎn)的簇頭要消耗更多的能量來轉(zhuǎn)發(fā)其它簇的數(shù)據(jù),節(jié)點(diǎn)之間的能量消耗不均會造成“能量空洞”現(xiàn)象,影響網(wǎng)絡(luò)性能。針對這個(gè)問題,本文提出了一種基于博弈論能耗均衡的非均勻分簇路由算法(Game Theory based energy balance unequal clustering routing,GBUC)。在該路由協(xié)議中,節(jié)點(diǎn)之間通過基于時(shí)間機(jī)制進(jìn)行競爭來產(chǎn)生簇頭,可以避免能量剩余較少的節(jié)點(diǎn)當(dāng)選為簇頭,每個(gè)簇頭根據(jù)自己離基站的距離來決定自己的通信半徑,分簇階段結(jié)束,WSN被劃分成大小不同的簇結(jié)構(gòu),簇越靠近匯聚節(jié)點(diǎn),半徑劃分得越小,通過控制簇內(nèi)通信的能耗來達(dá)到均衡簇頭的能耗;為了分擔(dān)簇頭的能量消耗,在簇與簇的重疊處選擇出能量較高的節(jié)點(diǎn)為中繼節(jié)點(diǎn),中繼節(jié)點(diǎn)的選擇既可以減少簇頭的能量消耗,而且有效地繞過WSN中的“能量空洞”。在簇間通信過程中,我們構(gòu)建一個(gè)路由博弈模型,效益函數(shù)和通信距離、鏈路的可靠度和通信節(jié)點(diǎn)的剩余能量相關(guān)聯(lián),每個(gè)理性節(jié)點(diǎn)都選擇收益最高的鄰居節(jié)點(diǎn)(包括中繼節(jié)點(diǎn))作為下一跳路由,當(dāng)達(dá)到納什均衡時(shí),節(jié)點(diǎn)們的策略集合就是我們所求的聯(lián)合能耗均衡、可靠度的最優(yōu)路徑。通過實(shí)驗(yàn)對比,本文提出的GBUC算法在節(jié)點(diǎn)能耗均衡、數(shù)據(jù)傳輸可靠性方面都有所提升。
[Abstract]:Wireless sensor network (Wireless Sensor Networks,WSN) is composed of a large number of sensor nodes distributed in the detection area. Because of its self-organization and low energy consumption, people pay close attention to it and have been rated as one of the ten most influential technologies in the 21 ~ (st) century. Routing technology is one of the hottest technologies in wireless sensor networks. How to design an efficient, reliable and secure routing algorithm has become the goal of sensor routing design. In hierarchical routing, WSN is divided into multiple clusters. Cluster heads near convergent nodes consume more energy to transmit data from other clusters. The uneven energy consumption between nodes will result in "energy hole" phenomenon, which will affect network performance. To solve this problem, a non-uniform clustering routing algorithm (Game Theory based energy balance unequal clustering routing,GBUC) based on game theory energy balance is proposed in this paper. In the routing protocol, the nodes compete based on time mechanism to generate cluster heads, which can avoid the nodes with less energy remaining as cluster heads. Each cluster head determines its own communication radius according to its distance from the base station. At the end of the clustering phase, WSN is divided into clusters of different sizes. The closer the cluster is to the convergent node, the smaller the radius is, and the energy consumption of cluster head is equalized by controlling the energy consumption of intra-cluster communication. In order to share the energy consumption of cluster head, the node with high energy is selected as relay node at the overlap of cluster and cluster. The selection of relay node can not only reduce the energy consumption of cluster head, but also effectively bypass the "energy hole" in WSN. In the process of inter-cluster communication, we construct a routing game model, in which the benefit function and the communication distance, the reliability of the link and the residual energy of the communication node are correlated. Each rational node chooses the neighbor node with the highest profit (including relay node) as the next hop route. When Nash equilibrium is reached, the strategy set of nodes is the optimal path of joint energy balance and reliability. Through experimental comparison, the proposed GBUC algorithm is improved in the aspects of node energy balance and data transmission reliability.
【學(xué)位授予單位】：西華大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TP212.9;TN929.5

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本文編號：2343396