發(fā)布時間：2017-09-26 19:18

  本文關(guān)鍵詞：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于協(xié)作節(jié)點的分簇算法研究

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【摘要】：在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中,成百上千的能量有限的傳感器節(jié)點分散在監(jiān)控區(qū)域中,傳感器節(jié)點自組織成網(wǎng)絡(luò)并且定期報告其感知數(shù)據(jù)到匯聚節(jié)點。由于傳感器節(jié)點的能量有限性以及不可充電性,使得傳感器節(jié)點很容易因能量耗盡而失效。因此,如何在收集數(shù)據(jù)的同時最大可能延長網(wǎng)絡(luò)的生存時間是資源有限的大規(guī)模傳感器網(wǎng)絡(luò)研究的一個最重要的挑戰(zhàn)。以LEACH(Low-energy Adaptive Clustering Hierarchy)為代表的分簇路由算法有效改善了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的壽命。分簇算法通常包含兩個步驟:選擇合適的簇頭節(jié)點和輪換簇頭節(jié)點以平衡網(wǎng)絡(luò)中的能量消耗。因為簇頭節(jié)點需要收集數(shù)據(jù)以及對數(shù)據(jù)進(jìn)行初步的處理等,簇頭節(jié)點往往花費(fèi)更多的能量。為了進(jìn)一步解決簇頭和成員節(jié)點在每一輪中能耗嚴(yán)重不均的問題,本文在對現(xiàn)有成簇路由算法進(jìn)行了詳細(xì)分析和研究的基礎(chǔ)之上,提出了基于協(xié)作節(jié)點的分簇算法。本文的主要工作如下:1)基于能量分析模型,獲取最佳數(shù)目的簇。對于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)來說如果簇的數(shù)目增加則簇間的能量消耗將會增加,反之如果簇的數(shù)目減小則簇內(nèi)的開銷將會增大,因此獲取網(wǎng)絡(luò)中最佳簇的數(shù)目具有重要的意義。在該能量模型中我們用協(xié)作節(jié)點作為簇頭節(jié)點與sink節(jié)點之間的中繼節(jié)點,這不僅可以減少簇頭節(jié)點的能量消耗還可以延長整個網(wǎng)絡(luò)的生存時間。2)我們提出了一種基于譜分解的集中式分簇方法。在譜分解中,我們根據(jù)Fiedler向量和拉普拉斯矩陣的特征將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分成數(shù)目固定且簇內(nèi)節(jié)點數(shù)大致相同的簇。由于集中式分簇算法的局限性,我們提出了一個基于fuzzy c-means的分布式分簇算法。3)為了平衡傳感器之間的能量消耗,我們進(jìn)一步提出了協(xié)作節(jié)點以及簇頭節(jié)點選擇的策略。在選擇簇頭節(jié)點和協(xié)作節(jié)點時,我們不僅考慮到了剩余能量重要性還考慮了地理位置等其他因素,使得能量消耗更加平衡。最后,仿真結(jié)果表明,我們的算法與HEED相比可以有效地延長網(wǎng)絡(luò)時間以及減小能量消耗。
【關(guān)鍵詞】：無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 協(xié)作節(jié)點 譜分解 模糊邏輯
【學(xué)位授予單位】：西南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP212.9;TN929.5
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-9
• 第一章 緒論9-15
• 1.1 研究背景及意義9-11
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-13
• 1.3 本文的研究內(nèi)容和目標(biāo)13
• 1.4 本文組織結(jié)構(gòu)13-15
• 第二章 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由算法概述15-23
• 2.1 典型的平面路由算法15-17
• 2.2 典型的層次路由算法17-21
• 2.3 本章小結(jié)21-23
• 第三章 基于協(xié)作節(jié)點的分簇算法23-39
• 3.1 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)模型23-28
• 3.1.1 網(wǎng)絡(luò)模型23
• 3.1.2 能量模型23-24
• 3.1.3 模糊邏輯24-28
• 3.2.最優(yōu)的簇數(shù)目28-30
• 3.3 集中式分簇算法30-32
• 3.3.1 拉普拉斯矩陣與Fiedler向量30
• 3.3.2 基于譜分解的分簇算法30-32
• 3.4 分布式分簇算法32-35
• 3.4.1 k-means算法和fuzzy c-means算法32-34
• 3.4.2 基于fuzzy c-means分布式分簇算法34-35
• 3.5 協(xié)作節(jié)點的選擇35-36
• 3.6 簇頭的選擇36-37
• 3.7 本章小結(jié)37-39
• 第四章 模擬仿真與分析39-47
• 4.1 第一個節(jié)點死亡的傳輸輪數(shù)39-40
• 4.2 節(jié)點的生存時間40-41
• 4.3 剩余能量41-42
• 4.4 死亡節(jié)點分布對比42-43
• 4.5 節(jié)點能耗均能性對比43-44
• 4.6 數(shù)據(jù)包大小對網(wǎng)絡(luò)的影響44-45
• 4.7 數(shù)據(jù)融合率對網(wǎng)絡(luò)的影響45-46
• 4.8 本章小結(jié)46-47
• 第五章 總結(jié)展望47-49
• 5.1 工作總結(jié)47
• 5.2 展望47-49
• 參考文獻(xiàn)49-55
• 致謝55-57
• 研究成果57

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