多级能量异构WSN分簇路由协议的分析与改进

发布时间：2020-05-25 07:24

【摘要】：无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)是由大量微型传感器节点通过无线电通信方式形成的一个自组织网络系统,在诸多领域具有广泛的应用前景。由于节点大多由电池供电,且可能部署在艰难而复杂的环境中,从而导致电池难以更换或充电,因此如何有效地利用节点的有限能量,延长网络生命周期一直是WSN首要解决的问题。分簇路由协议由于具有拓扑结构易管理,能量利用率高等优点,被认为是延长WSN网络生命周期的一种有效技术。目前分簇路由协议的研究主要集中于同构WSN,与同构WSN不同,异构WSN中节点拥有不同的资源配置,更接近现实应用场景。因此在异构WSN中对分簇路由协议进行研究具有深远的意义。本文基于能量异构的WSN网络环境对一些现有协议进行了分析与改进,最后吸取改进协议的思想结合改进粒子群算法设计了一种新的多级能量异构WSN分簇路由协议。主要完成的工作如下:(1)针对现有三级能量异构WSN分簇路由协议存在分簇不均、簇头选择不合理以及远距离簇头节点直接与基站通信的问题,设计了一种改进的三级能量异构WSN分簇路由协议K-IEHCP。该协议以最优簇头数为目标,采用K-means算法结合簇均衡策略进行网络分簇,簇内综合考虑节点的剩余能量、与基站的距离以及上一轮簇头节点之间的距离进行簇头节点的选举,簇间综合考虑邻居簇头节点的剩余能量和距离信息构建权值函数,采用单跳和多跳的混合方式与基站进行通信。最后在OMNeT++结合MATLAB的仿真平台上对K-IEHCP协议进行模拟仿真,仿真结果表明,与现有协议相比,K-IEHCP协议簇结构分布更均匀,且明显改善了在网络生命周期和能耗方面的性能。(2)针对BEENISH协议簇头选举机制的不足,在此基础上设计了一种改进的四级能量异构WSN分簇路由协议EDICP。该协议首先采用最优簇头数对已有节点密度因子进行改进,然后综合考虑节点的剩余能量、节点密度以及节点至基站的距离等因素进行簇头节点的选举。仿真结果表明,与BEENISH协议和MB DEEHP协议相比,EDICP协议在网络生命周期和能耗有了较明显的改善。(3)将前面的研究成果综合应用于多级能量异构WSN模型中,并结合改进的粒子群算法设计了一种新的多级能量异构WSN分簇路由协议K-IPSOHC。该协议采用K-IEHCP协议簇的划分方式进行网络分簇,簇内综合考虑节点的剩余能量、节点密度、节点至簇头距离以及簇头至基站的距离等因素构建新的适应度函数,采用改进粒子群算法进行簇内簇头节点的选择;簇间同样采用单跳和多跳混合的方式与基站进行通信。仿真结果表明,与现有协议相比,K-IPSOHC协议在网络生命周期和能耗方面具有更优的性能。
【学位授予单位】：贵州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN929.5;TP212.9

【参考文献】

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本文编号：2679792