試論無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇路由算法研究

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1、山東師范大學(xué)碩士學(xué)位論文無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇路由算法研究姓名：張德躍申請學(xué)位級別：碩士專業(yè)：計算機應(yīng)用技術(shù)指導(dǎo)教師：楊峰20080408山東師范大學(xué)碩七學(xué)位論文摘要無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種全新的信息獲取、信息處理和傳輸技術(shù)，通常包含大量的可自組織成多跳無線網(wǎng)絡(luò)的分布式傳感器節(jié)點。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有組網(wǎng)快捷、靈活，且不受有線網(wǎng)絡(luò)約束的優(yōu)點，可用于緊急搜索、災(zāi)難救助、軍事、醫(yī)療等環(huán)境中，具有廣闊的應(yīng)用前景。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)己經(jīng)引起了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的高度重視，被稱為是21世紀(jì)最有發(fā)展前景的技術(shù)之一。與傳統(tǒng)的無線網(wǎng)絡(luò)相比，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)有能量約束、冗余高的低數(shù)據(jù)率數(shù)據(jù)和多對一的數(shù)據(jù)流等特點。能量有效性是

2、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的主要性能指標(biāo)。根據(jù)對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量管理策略的分析，影響能量消耗的主要因素有：感知數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)處理和無線電通信，其中無線電通信是能量消耗的最主要的環(huán)節(jié)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量有效性的實現(xiàn)雖然可以在通信協(xié)議棧的不同層加以改進，但由于基礎(chǔ)物理層的局限，改進主要集中在網(wǎng)絡(luò)層通信協(xié)議的設(shè)計與實現(xiàn)。研究者們一致認(rèn)為，對節(jié)點分簇是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)約能源的一種有效方案。本文致力于研究無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的分簇路由算法。文章在分析和比較傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的基礎(chǔ)上，從整個網(wǎng)絡(luò)生存時間的角度，設(shè)計出了三個獨立的路由協(xié)議：一種基于原有LEACH協(xié)議的改進協(xié)議、能量異構(gòu)傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇路由算法、基于非均勻

3、分簇的多跳路由算法。為了驗證所做的工作的效能，文中使用網(wǎng)絡(luò)仿真工具NS一2．27對以上三種協(xié)議進行功能驗證和性能考察。本文的主要工作和創(chuàng)新點可以分為以下幾個方面：1、在廣泛查閱國內(nèi)外相關(guān)資料的基礎(chǔ)上，對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)和特點進行了研究，對現(xiàn)存的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議進行了深入分析。2、對現(xiàn)有的傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議進行分類和比較。根據(jù)不同應(yīng)用對傳感器網(wǎng)絡(luò)各種特征的敏感程度，將現(xiàn)有的路由協(xié)議進行了分類并對主要路由協(xié)議進行了詳細(xì)的分析；此外，文章還從傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議性能角度對現(xiàn)有的協(xié)議進行了比較，同時發(fā)現(xiàn)基于簇的路由協(xié)議要比其它協(xié)議節(jié)能效果更好，能有效的平衡整個傳感器網(wǎng)絡(luò)的能量，延長整個

4、網(wǎng)絡(luò)的生存時間。3、基于原有的LEACH協(xié)議提出一種改進協(xié)議。本文在LEACH協(xié)議的基礎(chǔ)上，改進了簇首選舉和簇形成過程，提出一個自適應(yīng)分布式算法ADCP。在簇首選舉階段，根據(jù)節(jié)點的現(xiàn)有能量和節(jié)點周圍的密度選出多個候選節(jié)點；在簇形成階段，一般節(jié)點根據(jù)其與候選簇首節(jié)點的距離和負(fù)載是否平衡選擇加入哪個簇。這種算法僅使用局部信息，能夠近似平均的分配簇首節(jié)點；并且ADcP是分布式的，能量有效的。實驗結(jié)果表明，使用ADCP的網(wǎng)絡(luò)生命周期遠(yuǎn)遠(yuǎn)長于使用LEACH協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)。這種算法可以較好的應(yīng)用于周期性的采集數(shù)據(jù)。4、提出一種能量異構(gòu)傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇路由算法EHC。在實際應(yīng)用中，并不是所有的傳感器節(jié)點都是

5、同構(gòu)的，所以本文針對能量異構(gòu)傳感器網(wǎng)絡(luò)提出EHC。此協(xié)議中提出了一種簇首競爭機制，控制開銷較小，并能保證簇首在網(wǎng)絡(luò)中的均勻分布；引入了新的簇首競爭參數(shù)，可以有效處理節(jié)點能量異構(gòu)問題，從而延長網(wǎng)絡(luò)生存時間；并且本協(xié)議不需要付出額外的控制開銷就具有良好的節(jié)點調(diào)度功能，避免了由于節(jié)點冗余所造成的不必要的通信山東師范大學(xué)碩上學(xué)位論文開銷。實驗結(jié)果表明，EHC能夠很好的應(yīng)用于異構(gòu)傳感器網(wǎng)絡(luò)。5、提出一種基于非均勻分簇的多跳節(jié)能路由算法UCMH。針對分簇路由協(xié)議簇首間多跳通信過程中存在的“熱區(qū)"問題，本文提出UC洲。其核心是用于組織網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞哪芰扛咝У姆蔷鶆蚍执厮惴ǎ渲泻蜻x簇首通過使用非均勻的競爭

6、范圍來構(gòu)造大小不等的簇?？拷竟?jié)點的簇的規(guī)模小于遠(yuǎn)離基站節(jié)點的簇，因此靠近基站節(jié)點的簇首可以為簇間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)預(yù)留能量。實驗結(jié)果表明，該路由協(xié)議有效地平衡了簇首的能量消耗，并顯著地延長了網(wǎng)絡(luò)的生存時間。關(guān)鍵詞：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；異構(gòu)傳感器網(wǎng)絡(luò)；能量有效；分簇；NS一2．27U分類號：TP393山東師范大學(xué)碩士學(xué)位論文ABSTRACTWirelessSeIlsorN咖ork(wSMisan0VeltccllllologyoniIlf0冊ationacqui血島inf01蕊ationproces《ng觚dco砌[Ilunication．nisuSuallymadebyaconsiderable

7、鋤0umofdistributed∞nsornetworknodesw11ichc鋤beselfo唱鋤izedimomulti-hopwirelessne倆orks．WSNc觚benet、加rkednexible鋤de伍cielltly，鋤disnotboundbyt11ecablene帆ork．Itc觚bc印pliediIlm觚ysceIl撕os，such罄鋤e曙％cysearclling，disaSterrelieemilita