能量高效的无线传感器网络分簇路由协议研究

发布时间：2017-08-28 12:38

  本文关键词：能量高效的无线传感器网络分簇路由协议研究

  更多相关文章： 无线传感器网络 路由协议 分簇 能量高效

【摘要】：无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)是由大量微型传感器节点构成的自组织网络,节点可以感知、采集监测区域中对象的信息,这些信息以多跳自组织网络方式传送到终端。由于节点体积小,电池的电量有限,因此必须采取有效方法减少节点的能耗,延长网络的生命周期。作为WSN的关键节能技术之一,路由协议一直备受人们关注。分簇路由协议可扩展性好,节点管理方便,适用于规模大的网络,具有重要的研究意义。本文主要研究分簇路由协议,以能量高效、均衡能耗为目标,提出三种分簇路由算法,并进行理论分析和仿真研究。主要内容如下:(1)提出一种基于模糊逻辑的簇头均匀分布路由算法,适用于能量同构WSN。首先利用模糊逻辑选举簇头,包括两个模糊描述:接近距离以及剩余能量。选举的簇头可能出现距离过近的情况,针对这种情况,提出簇头的次轮选举,对于距离小于最优簇半径的簇头节点所在的簇,计算簇内节点之间的链路消耗,链路消耗最小的节点成为新的簇头,使簇头均匀分布在网络中,网络节点的能耗得到均衡,延长网络的生命周期。(2)提出一种基于自适应进化算法的多跳分簇路由算法,适用于两级能量异构WSN,采用簇内单跳和簇间多跳的通信方式。针对簇头选举过程,利用自适应进化算法选举簇头,提出新的适应度函数,该函数考虑到簇内节点的通信代价和簇头之间的距离,使得簇头与簇内成员节点的总的通信消耗最小,簇头均匀分布在网络中。针对簇间多跳通信,提出一种新的代价函数,代价函数值最小的节点被选为中继节点,进行簇间多跳传输,减少簇头与基站进行通信的能耗。(3)提出一种基于FCM(Fuzzy C-Means)的多级能量异构WSN分簇路由算法,与传统分簇算法先进行簇头选举后成簇不同,先利用FCM算法找到网络最优簇头数量,然后对网络节点进行簇划分,之后就不再进行分簇操作,只进行簇内簇头选举,避免分簇操作带来的能耗,然后综合簇内节点的剩余能量、簇内节点之间的距离和节点到基站的距离三个方面,构建簇头选举的数学模型,利用该数学模型选举出最优簇头,节点的能耗得到均衡。
【关键词】：无线传感器网络 路由协议 分簇 能量高效
【学位授予单位】：江南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP212.9;TN929.5
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 绪论8-14
• 1.1 研究背景与意义8-9
• 1.2 WSN概述9-11
• 1.2.1 WSN的特点9-10
• 1.2.2 WSN的关键技术10
• 1.2.3 WSN的应用前景10-11
• 1.3 国内外的研究现状11-12
• 1.4 论文研究内容及组织结构12-14
• 第二章 WSN分簇路由协议14-20
• 2.1 WSN路由协议的特点14
• 2.2 WSN路由协议的设计要求14-15
• 2.3 分簇网络的结构15
• 2.4 典型的分簇路由协议15-19
• 2.4.1 LEACH协议15-17
• 2.4.2 SEP协议17
• 2.4.3 DEEC协议17-18
• 2.4.4 EEUC协议18-19
• 2.5 本章小结19-20
• 第三章 基于模糊逻辑的簇头均匀分布路由算法20-31
• 3.1 系统模型20-21
• 3.1.1 网络模型20
• 3.1.2 能耗模型20-21
• 3.2 簇头选择算法21-23
• 3.2.1 模糊逻辑21
• 3.2.2 模糊描述21-22
• 3.2.3 模糊规则22-23
• 3.3 簇头的均匀分布23-26
• 3.3.1 最优簇半径23-24
• 3.3.2 簇头的次轮选择24-26
• 3.4 仿真分析26-30
• 3.4.1 网络节点分布27-28
• 3.4.2 网络生命周期对比28-29
• 3.4.3 节点能耗速度对比29-30
• 3.5 本章小结30-31
• 第四章 基于自适应进化算法的多跳分簇路由算法31-41
• 4.1 异构WSN31-32
• 4.2 系统模型32
• 4.3 簇头选举算法32-34
• 4.3.1 进化算法32
• 4.3.2 适应度函数32-33
• 4.3.3 进化模型33-34
• 4.3.4 自适应进化算法34
• 4.4 簇的形成34
• 4.5 簇间多跳传输34-36
• 4.6 稳态阶段36
• 4.7 仿真分析36-40
• 4.7.1 网络节点分布37
• 4.7.2 网络生命周期对比37-38
• 4.7.3 节点能耗速度对比38-40
• 4.8 本章小结40-41
• 第五章 基于FCM的多级能量异构WSN分簇路由算法41-49
• 5.1 系统模型41
• 5.2 簇的两级优化41-43
• 5.2.1 簇形成算法41-42
• 5.2.2 簇头选举算法42-43
• 5.3 仿真分析43-48
• 5.3.1 网络节点分布43-44
• 5.3.2 最优簇数量44
• 5.3.3 节点分簇情况44-45
• 5.3.4 网络生命周期对比45-46
• 5.3.5 节点能耗速度对比46-47
• 5.3.6 不同基站位置的仿真结果47-48
• 5.4 本章小结48-49
• 第六章 主要结论与展望49-51
• 6.1 主要结论49
• 6.2 今后研究工作展望49-51
• 致谢51-52
• 参考文献52-55
• 附录: 作者在攻读硕士学位期间发表的论文55

，

本文编号：747955