【摘要】：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Network,WSN)是由大量微型傳感器節(jié)點通過無線電通信方式形成的一個自組織網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),在諸多領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。由于節(jié)點大多由電池供電,且可能部署在艱難而復(fù)雜的環(huán)境中,從而導(dǎo)致電池難以更換或充電,因此如何有效地利用節(jié)點的有限能量,延長網(wǎng)絡(luò)生命周期一直是WSN首要解決的問題。分簇路由協(xié)議由于具有拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)易管理,能量利用率高等優(yōu)點,被認(rèn)為是延長WSN網(wǎng)絡(luò)生命周期的一種有效技術(shù)。目前分簇路由協(xié)議的研究主要集中于同構(gòu)WSN,與同構(gòu)WSN不同,異構(gòu)WSN中節(jié)點擁有不同的資源配置,更接近現(xiàn)實應(yīng)用場景。因此在異構(gòu)WSN中對分簇路由協(xié)議進(jìn)行研究具有深遠(yuǎn)的意義。本文基于能量異構(gòu)的WSN網(wǎng)絡(luò)環(huán)境對一些現(xiàn)有協(xié)議進(jìn)行了分析與改進(jìn),最后吸取改進(jìn)協(xié)議的思想結(jié)合改進(jìn)粒子群算法設(shè)計了一種新的多級能量異構(gòu)WSN分簇路由協(xié)議。主要完成的工作如下:(1)針對現(xiàn)有三級能量異構(gòu)WSN分簇路由協(xié)議存在分簇不均、簇頭選擇不合理以及遠(yuǎn)距離簇頭節(jié)點直接與基站通信的問題,設(shè)計了一種改進(jìn)的三級能量異構(gòu)WSN分簇路由協(xié)議K-IEHCP。該協(xié)議以最優(yōu)簇頭數(shù)為目標(biāo),采用K-means算法結(jié)合簇均衡策略進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)分簇,簇內(nèi)綜合考慮節(jié)點的剩余能量、與基站的距離以及上一輪簇頭節(jié)點之間的距離進(jìn)行簇頭節(jié)點的選舉,簇間綜合考慮鄰居簇頭節(jié)點的剩余能量和距離信息構(gòu)建權(quán)值函數(shù),采用單跳和多跳的混合方式與基站進(jìn)行通信。最后在OMNeT++結(jié)合MATLAB的仿真平臺上對K-IEHCP協(xié)議進(jìn)行模擬仿真,仿真結(jié)果表明,與現(xiàn)有協(xié)議相比,K-IEHCP協(xié)議簇結(jié)構(gòu)分布更均勻,且明顯改善了在網(wǎng)絡(luò)生命周期和能耗方面的性能。(2)針對BEENISH協(xié)議簇頭選舉機(jī)制的不足,在此基礎(chǔ)上設(shè)計了一種改進(jìn)的四級能量異構(gòu)WSN分簇路由協(xié)議EDICP。該協(xié)議首先采用最優(yōu)簇頭數(shù)對已有節(jié)點密度因子進(jìn)行改進(jìn),然后綜合考慮節(jié)點的剩余能量、節(jié)點密度以及節(jié)點至基站的距離等因素進(jìn)行簇頭節(jié)點的選舉。仿真結(jié)果表明,與BEENISH協(xié)議和MB DEEHP協(xié)議相比,EDICP協(xié)議在網(wǎng)絡(luò)生命周期和能耗有了較明顯的改善。(3)將前面的研究成果綜合應(yīng)用于多級能量異構(gòu)WSN模型中,并結(jié)合改進(jìn)的粒子群算法設(shè)計了一種新的多級能量異構(gòu)WSN分簇路由協(xié)議K-IPSOHC。該協(xié)議采用K-IEHCP協(xié)議簇的劃分方式進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)分簇,簇內(nèi)綜合考慮節(jié)點的剩余能量、節(jié)點密度、節(jié)點至簇頭距離以及簇頭至基站的距離等因素構(gòu)建新的適應(yīng)度函數(shù),采用改進(jìn)粒子群算法進(jìn)行簇內(nèi)簇頭節(jié)點的選擇;簇間同樣采用單跳和多跳混合的方式與基站進(jìn)行通信。仿真結(jié)果表明,與現(xiàn)有協(xié)議相比,K-IPSOHC協(xié)議在網(wǎng)絡(luò)生命周期和能耗方面具有更優(yōu)的性能。
【學(xué)位授予單位】：貴州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN929.5;TP212.9

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2679792