无线传感网低能耗分簇式路由算法研究

发布时间：2017-10-16 11:36

  本文关键词：无线传感网低能耗分簇式路由算法研究

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【摘要】：无线传感器网络(WSN)是由许许多多体积微小、价格便宜、计算存储能力有限的传感器节点任意播撒在监测区域内，利用传感器节点的无线通信方式自发形成的自组织网络，紧密的和居住环境联系在一起，具有极其重要的理论研究价值和现实应用意义。目前WSN已经应用于军事、医疗、物联网、环境监测等领域。WSN与传统的网络相比，具有能量、通信能力、计算存储能力等都非常有限的特点，使得研究具有高能效利用率的WSN路由协议成为人们越来越迫切需求的目标。 分簇路由协议作为WSN路由协议中的重要组成部分，具有重要的研究意义与实际应用价值。它将整个网络划分成若干个簇，簇头节点对簇内信息进行收集和融合，并把融合后的信息发送给汇聚节点。本文针对现有分簇路由协议的不足，以能量高效、均衡能耗为目的，改进了几种路由算法，并对改进的路由算法进行理论分析和仿真研究。 首先针对经典LEACH协议存在簇头节点空间分布不均匀、簇头节点数目不确定以及节点能耗不均衡等缺点，提出了一种基于Fuzzy C-Means聚类算法的新路由协议。该算法首先利用Fuzzy C-Means聚类算法将整个网络均匀划分为多个簇；再利用考虑了节点剩余能量的LEACH簇头选举完成簇内簇头的选举，以完成簇内数据的收集和传输。仿真实验证明了算法的有效性，同时表明该算法使网络簇头节点的分布更加合理与均匀，延缓了网络节点死亡速度和速率，延长了网络使用寿命。 其次，针对在分簇路由协议中，靠近汇聚节点的簇头由于转发大量数据造成自身能量消耗过多，过早耗尽能量形成“热区”现象，，提出了一种基于RSSI双簇头非均匀分簇的无线传感器网络路由协议。首先，节点根据接收到来自汇聚节点的信号强度，被划分成若干等级；同时簇的大小与信号接收强度成反比关系，即越靠近汇聚节点的簇群越小。根据簇群距离基站的远近，将簇群划分成界内区域和界外区域，在相应区域中选择主簇头和辅助簇头；然后再利用簇头剩余能量、距离、簇内剩余能量均值等因子进行中继节点的选择，利用有限状态机构建数据传输路由树，进行数据转发。计算机仿真结果表明该算法在解决网络“热区”现象，以及均衡网络消耗方面具有良好的性能。 最后，提出了一种基于模糊逻辑和蚁群算法的非均匀多路径路由算法。该算法利用模糊逻辑节点的剩余能量、节点的密度、节点的数据流量综合考虑，根据模糊规则来计算节点的簇头概率进行簇头节点的选举；当簇头选举出来之后，再利用蚁群算法进行多路径的选择。仿真结果表明该算法能够有效地均衡网络能量消耗，同时延长网络使用寿命。
【关键词】：无线传感器网络 能量高效 路由协议 分簇 多路径
【学位授予单位】：江南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN929.5;TP212.9
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 绪论8-13
• 1.1 课题研究背景8
• 1.2 课题研究目的及意义8-9
• 1.2.1 课题研究目的8-9
• 1.2.2 课题研究意义9
• 1.3 WSN关键技术9-10
• 1.4 WSN的相关应用10-12
• 1.5 论文主要内容简介12-13
• 第二章 无线传感器网络路由技术13-21
• 2.1 路由协议的设计要求13-14
• 2.2 平面路由协议14
• 2.3 层次路由协议14-20
• 2.3.1 均匀分簇路由协议14-17
• 2.3.2 非均匀分簇路由协议17-20
• 2.4 本章小结20-21
• 第三章 基于Fuzzy C-Means聚类算法的改进LEACH协议21-33
• 3.1 引言21
• 3.2 相关算法分析比较21-22
• 3.3 系统模型22-24
• 3.3.1 网络模型22-23
• 3.3.2 无线传输能耗模型23-24
• 3.4 LEACH路由协议24-26
• 3.4.1 LEACH 协议算法流程25
• 3.4.2 LEACH 协议的性能分析25-26
• 3.5 改进的LEACH协议26-29
• 3.5.1 覆盖区域分割26-28
• 3.5.2 簇头选择与数据传输28-29
• 3.6 仿真分析29-32
• 3.6.1 簇头节点分布比较30-31
• 3.6.2 节点能耗速度比较31-32
• 3.6.3 网络生命周期比较32
• 3.7 本章小结32-33
• 第四章 基于RSSI双簇头非均匀分簇的无线传感器网络路由协议33-45
• 4.1 引言33
• 4.2 相关算法分析比较33-35
• 4.3 系统模型35-36
• 4.4 UCRP协议36-41
• 4.4.1 簇的行成36-40
• 4.4.2 簇间多跳路由机制40-41
• 4.4.3 消息传送机制41
• 4.5 仿真结果与分析41-43
• 4.5.1 网络存活节点数42
• 4.5.2 基站 BS 接收数据量42
• 4.5.3 死亡节点分布图42-43
• 4.6 本章小结43-45
• 第五章 基于模糊逻辑和蚁群算法的非均匀多路径路由算法45-56
• 5.1 引言45
• 5.2 FLAC路由算法45-49
• 5.2.1 变量的模糊化46-48
• 5.2.2 簇群的形成48-49
• 5.3 路由机制的形成49-52
• 5.3.1 多路径的建立51
• 5.3.2 路由的更新51-52
• 5.4 仿真结果与分析52-55
• 5.4.1 网络的负载均衡度52-53
• 5.4.2 网络的簇头节点与其能量消耗53-54
• 5.4.3 网络的生存周期比较54
• 5.4.4 网络剩余能量比较54-55
• 5.5 本章小结55-56
• 第六章 主要结论与展望56-58
• 6.1 主要结论56-57
• 6.2 展望57-58
• 致谢58-59
• 参考文献59-64
• 附录: 作者在攻读硕士学位期间发表的论文64

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 沈波;张世永;钟亦平;;无线传感器网络分簇路由协议[J];软件学报;2006年07期

2 张荣博;曹建福;;利用蚁群优化的非均匀分簇无线传感器网络路由算法[J];西安交通大学学报;2010年06期

本文编号：1042480