基于能量高效的无线传感器网络分簇路由算法的研究

发布时间：2017-11-05 02:17

  本文关键词：基于能量高效的无线传感器网络分簇路由算法的研究

  更多相关文章： 分簇路由协议 网络寿命 能量均衡 无线传感器网络

【摘要】：无线传感器网络(Wireless Sensor Network, WSN)是21世纪兴起的一种数据采集和处理的新技术手段,具有低成本、低功耗和自组织获取信息等优势,已经广泛应用于工业、军事、医疗等领域。但是,由于它多数工作在野外环境,相对于传统的无线网络而言,其在能量供应方面受到了一定的限制。因此,设计以节能为首要考虑因素的传输路由协议就显得尤为重要。在网络结构方面,由于在网络节能和可扩展性方面比平面路由更具有优势,基于分簇结构的WSN路由协议受到了国内外众多学者的关注,成为了当前学术界的一个重要研究课题。本文是以高效节能为目标,对分簇的WSN路由算法开展研究,主要研究和创新工作如下：1.针对传统的低功耗自适应分簇路由协议(Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy, LEACH)在簇头选择机制方面的缺陷,本文提出了一种基于最佳簇头选择的LEACH改进算法。首先,利用考虑节点剩余能量的LEACH簇头选择算法选出一定量的候选簇头,候选簇头节点向全网广播成簇消息,非候选簇头节点加入到与之距离最短的簇内。其次,根据各个簇内节点总能耗最优和节点能耗均衡的原则,计算得到某一节点担任最终的簇头。最后,通过实验的仿真分析和对比,验证了本文提出的改进协议比传统的LEACH协议具有更好的网络寿命。2.针对在动态随机分簇路由协议下每轮分簇个数和簇结构差异所带来的节点能耗不均衡缺点,本文提出了基于模糊聚类(Fuzzy C-Means, FCM)的WSN路由协议。在网络的首轮,利用以节点密度为初始化中心的FCM聚类算法,基站将整个网络的节点分为一定量的簇,整个网络运行过程中各簇的结构保持不变。在新的一轮,根据簇内节点的剩余能量、可能消耗的能量和节点与基站的距离来动态选择簇头。在数据传输阶段,针对不同规模网络分别设计了簇间单跳和簇间混合跳的数据传输方式。仿真分析表明,相比传统的分簇路由协议,本文提出的新协议在网络总能耗、节点死亡时间和节点均衡能耗方面更具有一定的优势。3.由于分环分簇结构WSN路由协议在大规模WSN中具有节能优势,本文提出了一种基于环间距不等的分环分簇路由协议。首先,基站将整个网络区域分成若干个环间距的大小可调的同心圆,并计算出各环面内能耗最优的簇头数。在实际网络模型中,通过调节参数值的大小以均衡各环面内簇头节点能耗,从而获得各环面最终的簇头数。环面内节点分簇继续使用了模糊聚类的分簇方法,簇内簇头的选择是建立在以节点剩余能量、簇内存活节点和候选簇头节点欧式距离之和的多目标函数。仿真结果表明,本文提出的这种新型分环分簇路由协议对大规模的网络更加适用。
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN929.5;TP212.9

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前9条

1 杨军;张德运;张云翼;王毅;;基于分簇的无线传感器网络数据汇聚传送协议[J];软件学报;2010年05期

2 王毅;张德运;梁涛涛;;无线传感器网络分区能耗均衡的非均匀分簇算法[J];西安交通大学学报;2008年04期

3 赖玉霞;刘建平;;K-means算法的初始聚类中心的优化[J];计算机工程与应用;2008年10期

4 刘志;裘正定;;基于分环多跳的无线传感网分簇路由算法[J];通信学报;2008年03期

5 李建中;高宏;;无线传感器网络的研究进展[J];计算机研究与发展;2008年01期

6 刘明;曹建农;陈贵海;陈力军;王晓敏;龚海刚;;EADEEG:能量感知的无线传感器网络数据收集协议[J];软件学报;2007年05期

7 臧丽娜;许明;赵晶;;无线传感器网络的研究与应用[J];商场现代化;2006年27期

8 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

9 李建中,李金宝,石胜飞;传感器网络及其数据管理的概念、问题与进展[J];软件学报;2003年10期

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 黄小青;大规模WSN中基于分环分簇的能量高效路由协议研究[D];中南大学;2011年

2 刘志强;无线传感器网络分环分簇路由算法[D];浙江大学;2010年

，

本文编号：1142162