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《無線傳感器網(wǎng)絡分簇路由算法研究與仿真設計》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學術(shù)論文-天天文庫。
1、無線傳感器網(wǎng)絡分簇路由算法研究與仿真設計摘要：為提升無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的存活能力，并保證節(jié)點的監(jiān)測效能，通過改進LEACH算法，優(yōu)化了偏僻節(jié)點選取為簇頭節(jié)點的概率，并使用NS平臺對改進后的傳感器網(wǎng)絡進行網(wǎng)絡測試，與傳統(tǒng)LEACH算法比較，改進后的LEACH算法可以實現(xiàn)耗能均分化的目的，壽命更長，效率也更高。關(guān)鍵詞：無線傳感器；LEACH算法；仿真分類號：TP393文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2014)34-8108-02WSN(WirelessSensorNetworks)是由大量的微型傳
2、感器節(jié)點以自組織方式構(gòu)成的無線網(wǎng)絡，其目的是協(xié)作地感知、采集、處理和傳輸網(wǎng)絡覆蓋地理區(qū)域中感知對象的信息，并發(fā)布給觀察者。不同于其他網(wǎng)絡，WSN中的傳感器節(jié)點體積小、成本低，大都用電池供電，能量有限，且在危險和無人環(huán)境下能量供給困難。針對WSN能量受限特性，設計有效的協(xié)議和算法以降低節(jié)點能量消耗、延長網(wǎng)絡的生命周期，是WSN研究的核心問題之一。路由協(xié)議對WSN的整體性能的好壞有著重要影響，而路由算法在路由協(xié)議中的作用尤為重要。從網(wǎng)絡拓撲的角度看，WSN可以被分為平面結(jié)構(gòu)以及分簇結(jié)構(gòu)兩大類。與平面結(jié)構(gòu)相比，
3、采用分簇結(jié)構(gòu)的WSN具有能量效率高、可擴展性好等優(yōu)點。作為網(wǎng)絡拓撲控制的有效方式之一，分簇路由算法可顯著降低WSN的能量消耗，延長網(wǎng)絡生命周期，有效解決WSN能量受限的問題。1改進的LEACH算法LEACH算法是無線傳感器網(wǎng)絡工作優(yōu)化方面非常經(jīng)典的一個算法。LEACH算法使無線網(wǎng)絡分成若干簇，并在每簇中產(chǎn)生簇首負責收集并上傳環(huán)境信息。但簇首由簇節(jié)點輪換擔任，使無線傳感器節(jié)點耗能均分話，這樣就不會出現(xiàn)節(jié)點過早死亡的情況，傳感器網(wǎng)絡壽命也會增強。簇首的選擇是隨機的，但作為簇首的節(jié)點不會連續(xù)座簇首，輪換多次后，
4、每個節(jié)點作為簇首的概率是基本相等的。簇節(jié)點選取依據(jù)公式(1)。首先簇節(jié)點已平均分布方式，在［0,1］區(qū)間產(chǎn)生隨機數(shù)，當隨機數(shù)小于之前設定的閾值T(n)時，這個節(jié)點將成為簇首。T(n)表示如公式(1):雖然LEACH算法延長了網(wǎng)絡壽命，但其自身也存在諸多缺陷。因為簇頭選取是隨機的，遠離簇群中心并遠離傳輸接口的節(jié)點擔任簇頭可使得傳輸距離增加，也導致耗能增加，并影響傳輸信息質(zhì)量。單純利用平均選取的方式用LEACH算法選取簇頭具有盲目性，會導致節(jié)點過早死亡情況。為了優(yōu)化網(wǎng)絡，本課題采用控制選取簇首以及網(wǎng)絡通信方式
5、的算法，使簇存活時間更長。改進的T(n)計算公式為改進后的算法改善了簇頭節(jié)點的選取，避免了偏遠節(jié)點作為簇頭節(jié)點的情況發(fā)生，并均衡節(jié)點剩余能量與信息傳輸效果，保證了無線傳感器網(wǎng)絡工作效率更高。2仿真及性能分析仿真使用NetworkSimulatorversion(下稱NS)軟件，首先對傳統(tǒng)的LEACH算法和優(yōu)化后的LEACH算法進行仿真實驗對比，實驗中節(jié)點處于過載狀態(tài)，工作中傳輸過量信號，1是兩使節(jié)點過早進入死亡狀態(tài)，從而縮短了實驗時間種算法下的存活節(jié)點數(shù)與網(wǎng)絡運行時間的關(guān)系如圖1所示，本實驗中傳統(tǒng)LEAC
6、H算法構(gòu)建的傳感器網(wǎng)絡在第4h就出現(xiàn)節(jié)點死亡狀態(tài)，隨后不斷的有節(jié)點死亡。而優(yōu)化后的LEACH算法保證了前期節(jié)點的存活，直到18h后節(jié)點才大范圍死亡，可知節(jié)點耗能更加均分。而且在19.6h時改進型網(wǎng)絡運行才終止，比傳統(tǒng)LEACH網(wǎng)絡延長3h?？梢娫诠?jié)點大量存活并取得更多的存活時間基礎上，無線傳感器網(wǎng)絡的質(zhì)量監(jiān)控與存活壽命都得到明顯的改進。在特殊環(huán)境中，對傳感器網(wǎng)絡性能會提出更高的要求，往往通過增加節(jié)點數(shù)量來滿足要求，但不一定能實現(xiàn)性能的最優(yōu)化，大量節(jié)點的存在勢必造成信號之間的干擾以及協(xié)議之間的沖突，從而提高
7、了節(jié)點選取的復雜度。應使用適當?shù)墓?jié)點來構(gòu)造最優(yōu)化的網(wǎng)絡。因此引入平均監(jiān)測率，監(jiān)測率為對目標區(qū)域的覆蓋程度的指標。2所示，在lKmXO.lKm狹長區(qū)域中，節(jié)點數(shù)目為18個時，監(jiān)測效率隨節(jié)點數(shù)量增加而提高的不再明顯，為監(jiān)測拐點，此點位是監(jiān)測效率與節(jié)點數(shù)的最優(yōu)化位置，一般選擇此數(shù)量的節(jié)點作為節(jié)點配置的數(shù)量。3結(jié)論為提升傳感器網(wǎng)絡壽命與監(jiān)測質(zhì)量，本課題改進了傳統(tǒng)的LEACH算法，優(yōu)化了過偏的傳感器節(jié)點選取簇頭的概率，通過仿真驗證，新網(wǎng)絡工作效率更高，壽命更長，并實現(xiàn)了節(jié)點數(shù)量與監(jiān)控區(qū)域的優(yōu)化。針對WSN能量受限的
8、特點，課題在原有分簇算法的基礎上進行改進，嘗試在簇頭的選取、簇的劃分以及簇的路由等環(huán)節(jié)提出新的改進策略，以期能有效地平衡網(wǎng)絡節(jié)點的能耗負載，改善網(wǎng)絡能量的使用效率，延長網(wǎng)絡的生存時間，從而更加有效的解決WSN能量受限的問題。同時，課題研究也為其他從事相關(guān)研究的人員提供可借鑒的解決思路。參考文獻：[1]Younis0，F(xiàn)ahmyS.Heed:ahybrid，energy-efficient，distributedclusteri
