基于能量高效的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇路由算法的研究

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1、廣東工業(yè)大學(xué)碩主學(xué)位論文（工學(xué)碩±）基于能量高效的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇路由算法的研究朱攀＇＇…．。二〇—六年五月分類號：學(xué)校代號：１１８４５ＵＤＣ：密級：學(xué)號：２１１１３１５０２３廣東工ｉｋ大學(xué)橄ｉ：學(xué)位論文（工學(xué)碩±）基于能量高效的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇路由算法的研究朱攀指導(dǎo)教師姓名、職稱：吳《龍副研究員學(xué)科（專業(yè)）或領(lǐng)域名稱：由子科學(xué)與技術(shù)學(xué)生所屬學(xué)院：物巧與光由工程學(xué)院論文答辯日期：２０１６年０５月２８日ＡＤｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎＳｕｂｍｉｔｔｅｄｔｏＧｕａｎｏｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｏｆＴｅ

2、ｃｈｎｏｌｏｇｄｇｙｇｙｆｏｒｔｈｅＤｅｇｒｅｅｏｆＭａｓｔｅｒ（ａｓｔｅｒｏｆＥｎｎｅｅｒｎＭｇｉｉｇＳｃｉｅｎｃｅ）ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＣｌｕｓｔｅｒｉｎｇＲｏｕｔｉｎｇＡｌｇｏｒｉｔｈｍｓｏｆＷｉｒｅｌｅｓｓＳｅｎｓｏｒＮｅｔｗｏｒｋｓｗｉｔｈｔｈｅＥｎｅｒｇｙＥｆｆｉｃｉｅｎｃｙＭｅｔｈｏｄＣａｎｄｉｄａｔｅ：ＰａｎＺｈｕＳｕｐｅｒｖｉｓｏｒ：ＡｓｓｏｃｉａｔｅＰｒｏｆ．ＤｕｏｌｏｎｇＷｕＭａｙ２０化ＳｃｈｏｏｌｏｆＰｈｙｓｉｃｓａｎｄＯｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃＥ

3、ｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＧｕａｎｇｄｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｙｇｙＧｕａｎｇｚｈｏｕ，Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ，５１０００６摘要摘要ＷＳＮ一（Ｗ２無線傳感器網(wǎng)絡(luò)ｉｒｅｌｅｓｓＳｅｎｓｏｒＮｅｔｗｏｒｋ）是１世紀(jì)興起的種數(shù)據(jù)采，集和處理的新技術(shù)手段，具有低成本、低功耗和自組織獲取信息等優(yōu)勢，己經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)、軍事、醫(yī)療等領(lǐng)域。但是，由于它多＾工作在野外環(huán)境，相對于傳統(tǒng)的無線網(wǎng)絡(luò)而言一，其在能量供應(yīng)方面受到了定的限制。因此，設(shè)計(jì)Ｗ節(jié)能為首要考慮因素的傳輸路由協(xié)議就顯得尤為重要。在網(wǎng)絡(luò)結(jié)

4、構(gòu)方面，由于在網(wǎng)絡(luò)節(jié)能和可擴(kuò)展性方面比平面路由更具有優(yōu)勢，基于分簇結(jié)構(gòu)的ＷＳＮ路由協(xié)議受到了國內(nèi)外眾多學(xué)者的關(guān)注，成為了當(dāng)前學(xué)術(shù)界的一個(gè)重要研巧課題。本文是?。薷咝Ч?jié)能為目標(biāo)，對分簇的ＷＳＮ路由算法開展研究，主要研巧和創(chuàng)新工作如下：－Ａｄｔ１．針對傳統(tǒng)的低功耗自適應(yīng)分簇路由協(xié)議（ＬｏｗＥｎｅｒｇｙａｐｉｖｅＣｌｕｓｔｅｒｉｎｇＨ一ｉｅｒａｒｃｈ），ｙ，ＬＥＡＣＨ在簇頭選擇機(jī)制方面的缺陷本文提出了種基于最佳簇頭選擇的ＬＥＡＣＨ改進(jìn)算法。首先，利用考慮節(jié)點(diǎn)剩余能量的ＬＥＡＣＨ簇頭選擇算法選出一定量的候選簇頭，候選簇頭節(jié)點(diǎn)向全網(wǎng)廣播成簇消息，非候

5、選簇頭節(jié)點(diǎn)加入到與之距離最短的簇內(nèi)。其次，根據(jù)各個(gè)簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)總能耗最優(yōu)和節(jié)點(diǎn)能耗均衡的原則，一計(jì)算得到某節(jié)點(diǎn)擔(dān)任最終的簇頭。最后，通過實(shí)驗(yàn)的仿真分析巧對比，驗(yàn)證了本文提出的改進(jìn)協(xié)議比傳統(tǒng)的ＬＥＡＣＨ協(xié)議具有更好的網(wǎng)絡(luò)壽命。２．針對在動態(tài)隨機(jī)分簇路由協(xié)議下每輪分簇個(gè)數(shù)和簇結(jié)構(gòu)差異所帶來的節(jié)點(diǎn)能－ｅａｎｓＦＣＭ耗不均衡缺點(diǎn)，本文提出了基于模糊聚類（ＦｕｚｚｙＣＭ）的ＷＳＮ路由協(xié)議。，在網(wǎng)絡(luò)的首輪，利用Ｗ節(jié)點(diǎn)密度為初始化中如的ＦＣＭ聚類算法，基站將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的一一。節(jié)點(diǎn)分為定量的簇，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行過程中各簇的結(jié)構(gòu)保持不變在新的輪，根據(jù)簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)的剰余能量

6、、可能消耗的能量和節(jié)點(diǎn)與基站的距離來動態(tài)選擇簇頭。在數(shù)據(jù)傳輸階段，針對不同規(guī)模網(wǎng)絡(luò)分別設(shè)計(jì)了簇間單跳和簇間混合跳的數(shù)據(jù)傳輸方式。仿真分析表明，相比傳統(tǒng)的分簇路由協(xié)議，本文提出的新協(xié)議在網(wǎng)絡(luò)總能耗、節(jié)點(diǎn)死亡時(shí)間和節(jié)點(diǎn)均衡能耗方面更具有一定的優(yōu)勢。３．由于分環(huán)分簇結(jié)構(gòu)ＷＳＮ路由協(xié)議在大規(guī)模ＷＳＮ中具有節(jié)能優(yōu)勢，本文提出了一種基于環(huán)間距不等的分環(huán)分簇路由協(xié)議。首先，基站將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)區(qū)域分成若干個(gè)環(huán)間距的大小可調(diào)的同必圓，并計(jì)算出各環(huán)面內(nèi)能耗最優(yōu)的簇頭數(shù)。在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)模Ｉ廣東工業(yè)大學(xué)碩去學(xué)位論文型中，通過調(diào)節(jié)參數(shù)值的大?。拙飧鳝h(huán)面內(nèi)簇頭節(jié)點(diǎn)能耗

7、，從而獲得各環(huán)面最終的簇頭數(shù)。環(huán)面內(nèi)節(jié)點(diǎn)分簇繼續(xù)使用了模糊聚類的分簇方法，簇內(nèi)簇頭的選擇是建立在Ｗ節(jié)點(diǎn)剩余能量、簇內(nèi)存活節(jié)點(diǎn)和候選簇頭節(jié)點(diǎn)歐式距離之和的多目標(biāo)函數(shù)。仿真結(jié)果表明，本文提出的這種新型分環(huán)分簇路由協(xié)議對大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)更加適用。關(guān)鍵詞：分簇路由協(xié)議；網(wǎng)絡(luò)壽命；能量均衡：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)ＩＩＡＢＳＴＲＡＣＴＡＢＳＴＲＡＣＴＡｓａｎｅｗ化ｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｔｈｅｄａｔａｃｏｌｌｅｃｔｉｏ打ａｎｄｐｒｏｃｅｉｓｓｉｎｇｉｎｔｈｅ２１巧ｃｅｎｔｕｒｙ．Ｗ