本文關鍵詞：基于能量高效的無線傳感器網(wǎng)絡分簇路由算法的研究

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【摘要】：無線傳感器網(wǎng)絡(Wireless Sensor Network, WSN)是21世紀興起的一種數(shù)據(jù)采集和處理的新技術手段,具有低成本、低功耗和自組織獲取信息等優(yōu)勢,已經(jīng)廣泛應用于工業(yè)、軍事、醫(yī)療等領域。但是,由于它多數(shù)工作在野外環(huán)境,相對于傳統(tǒng)的無線網(wǎng)絡而言,其在能量供應方面受到了一定的限制。因此,設計以節(jié)能為首要考慮因素的傳輸路由協(xié)議就顯得尤為重要。在網(wǎng)絡結構方面,由于在網(wǎng)絡節(jié)能和可擴展性方面比平面路由更具有優(yōu)勢,基于分簇結構的WSN路由協(xié)議受到了國內(nèi)外眾多學者的關注,成為了當前學術界的一個重要研究課題。本文是以高效節(jié)能為目標,對分簇的WSN路由算法開展研究,主要研究和創(chuàng)新工作如下：1.針對傳統(tǒng)的低功耗自適應分簇路由協(xié)議(Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy, LEACH)在簇頭選擇機制方面的缺陷,本文提出了一種基于最佳簇頭選擇的LEACH改進算法。首先,利用考慮節(jié)點剩余能量的LEACH簇頭選擇算法選出一定量的候選簇頭,候選簇頭節(jié)點向全網(wǎng)廣播成簇消息,非候選簇頭節(jié)點加入到與之距離最短的簇內(nèi)。其次,根據(jù)各個簇內(nèi)節(jié)點總能耗最優(yōu)和節(jié)點能耗均衡的原則,計算得到某一節(jié)點擔任最終的簇頭。最后,通過實驗的仿真分析和對比,驗證了本文提出的改進協(xié)議比傳統(tǒng)的LEACH協(xié)議具有更好的網(wǎng)絡壽命。2.針對在動態(tài)隨機分簇路由協(xié)議下每輪分簇個數(shù)和簇結構差異所帶來的節(jié)點能耗不均衡缺點,本文提出了基于模糊聚類(Fuzzy C-Means, FCM)的WSN路由協(xié)議。在網(wǎng)絡的首輪,利用以節(jié)點密度為初始化中心的FCM聚類算法,基站將整個網(wǎng)絡的節(jié)點分為一定量的簇,整個網(wǎng)絡運行過程中各簇的結構保持不變。在新的一輪,根據(jù)簇內(nèi)節(jié)點的剩余能量、可能消耗的能量和節(jié)點與基站的距離來動態(tài)選擇簇頭。在數(shù)據(jù)傳輸階段,針對不同規(guī)模網(wǎng)絡分別設計了簇間單跳和簇間混合跳的數(shù)據(jù)傳輸方式。仿真分析表明,相比傳統(tǒng)的分簇路由協(xié)議,本文提出的新協(xié)議在網(wǎng)絡總能耗、節(jié)點死亡時間和節(jié)點均衡能耗方面更具有一定的優(yōu)勢。3.由于分環(huán)分簇結構WSN路由協(xié)議在大規(guī)模WSN中具有節(jié)能優(yōu)勢,本文提出了一種基于環(huán)間距不等的分環(huán)分簇路由協(xié)議。首先,基站將整個網(wǎng)絡區(qū)域分成若干個環(huán)間距的大小可調(diào)的同心圓,并計算出各環(huán)面內(nèi)能耗最優(yōu)的簇頭數(shù)。在實際網(wǎng)絡模型中,通過調(diào)節(jié)參數(shù)值的大小以均衡各環(huán)面內(nèi)簇頭節(jié)點能耗,從而獲得各環(huán)面最終的簇頭數(shù)。環(huán)面內(nèi)節(jié)點分簇繼續(xù)使用了模糊聚類的分簇方法,簇內(nèi)簇頭的選擇是建立在以節(jié)點剩余能量、簇內(nèi)存活節(jié)點和候選簇頭節(jié)點歐式距離之和的多目標函數(shù)。仿真結果表明,本文提出的這種新型分環(huán)分簇路由協(xié)議對大規(guī)模的網(wǎng)絡更加適用。
【學位授予單位】：廣東工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN929.5;TP212.9

【參考文獻】

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本文編號：1142162