无线传感器网络非均匀分簇算法研究

来源 :华中师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ahutxhb
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无线传感器网络综合了传感器技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术和无线通信技术,能够协作地完成实时监测、感知和采集监测对象的信息,并对其进行处理,传送到需要信息的用户。传感器网络由部署在监测区域内的大量的传感器节点组成。网络节点数量庞大、单个节点资源极其有限,因此,有效节约能量,延长网络的生命周期是无线传感器网络路由协议设计的首要目标。在无线传感器网络中,为了降低节点能量消耗,提供灵活、可靠的通信,并提高网络的可扩展性,通常采用分级分布式控制方式控制网络,即采用网络分级结构。在分级结构中,网络被划分为簇,簇由簇首节点和成员节点组成,簇首节点可以根据需要形成更高一级的网络结构,依此类推,直到最高级。簇首负责管理簇内成员节点,对感知数据进行融合、转发,协调簇内成员节点工作。簇首可以预先指定,也可以由网络通过分簇算法自动选举产生。本文分析比较了几种经典无线传感器网络的路由协议,针对无线传感器网络的性能要求,设计出一种基于非均匀环型分簇的能量有效性路由协议。在无线传感器网络结构上,以基站或Sink节点为中心,其他传感器节点分布于它的周围。本算法将网络划分为有内环到外环多个层次,每个环型区域内再进行簇的划分和簇的选择,在各层上簇的覆盖半径有所不同。簇首节点不仅承担感知数据的任务外,还要接收簇内普通节点传输的数据并进行数据融合,另外还要负责将相邻外环节点的数据转发至它的相邻内层簇首,显然内层节点的能量消耗相比外层要大。为了延长网络生命周期,我们的目标是使内外层节点能量均衡下降,如何确定由内到外各环的各环比例的最优解是解决问题的关键。另外为了提高数据传输效率同时又使节点能耗尽量少,本文采用各层簇首之间数据的融合,然后再提交给内环簇首的机制。通过实验结果可以看到,层次划分较多时具有网络生命周期长的特点,但数据报延迟相对较大。另外,将本算法与LEACH和HEED进行了比较,仿真结果表明在头节点死亡轮数和最后一个死亡节点出现的轮数来看都具有明显优势。
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