无线传感器网络非均匀分簇路由协议研究

来源 :广西师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:junlintianxiap
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
无线传感器网络(Wireless Sensor Networks, WSN)[1]是通过无线通信的方式,将部署在检测区域内的大量廉价微型传感器节点组合而成的一种网络系统,其目的是通过协作方式实时监测、感知和收集网络分布区域内的各种可感知的信息,并对这些信息进行处理,最终获取详尽而准确的信息。新一代的信息技术正在从互联网向物联网(Network of Things)的方向延伸,从人与人之间的信息交流向人与物,物与物之间交换信息的方向扩展。而无线传感器网络则是构成物联网感知层和网络层的重要组成部分,具有广泛的应用前景,能够在国防军事、环境监测、医疗卫生、交通管理、建筑物状态监控等方面起到不可替代的作用。由于在无线传感器网络中节点的能量受限,所以这类网络的路由协议设计应尽可能简单,以减少节点之间的信息交换,降低在节点内的数据存储量。路由协议是无线传感器网络层的核心技术,其主要任务是负责将数据分组从源节点通过网络转发到目的节点,在发现拥有较小延迟路径的同时,避免网络拥塞、均衡网络能量消耗。针对于不同的应用环境,WSN路由协议可以分为[24l平面路由协议、分簇路由协议和地理路由协议等方案。在设计路由协议时,会面临一个重要挑战,即如何在节点的能量资源、计算能力、存储空间和通信能力均高度受限的条件下完成感知、通信和控制功能。为此,无线传感器网络路由协议设计的主要目标是:建立能源有效性路径、形成可靠的数据转发机制、实现网络生命周期最大化。分簇路由协议[3]作为一种层次化的路由协议设计方案,它将范围较大并且节点数较多的网络,按照指定的规则划分成多个规模较小的簇,使网络的层次更加清晰,可扩展性更强。由于大部分非簇头节点在相当长的时间内可以关闭通信模块,所以有效的延长了网络的生存时间。但对于传统的均匀分簇路由协议而言,由于在簇间多跳转发时,基站附近的簇头节点承担较多的转发任务,从而消耗较多的能量,造成网络能耗不均匀的问题,研究人员称之为“热区”问题。为了解决这个问题,非均匀分簇方式[12]应运而生。然而在现存非均匀路由协议中依然存在一些问题:例如,挑选候选簇头时采用随机挑选,并未考虑节点的剩余能量。如何提高簇间数据传输的成功率。在簇间依据代价函数选择下一跳簇头时,如何使得代价函数中各参数所占的权重根据网络当前的变化情况做出自适应调整等问题。针对以上提出的问题,本文提出一种基于熵权系数法的自适应非均匀分簇路由协议(Adaptive Nonuniform Clustering Routing Protocol Based on Entropy Weight Coefficient Method ANCEC),在本协议中所提出的解决方案如下:(1)针对挑选候选簇头时采用随机挑选的问题,本文根据当前网络中各节点的剩余能量为每个节点设置阈值计算公式。通过在阂值选取中考虑节点剩余能量,使得拥有较少能量的节点生成的阈值较小,从而拥有较小的概率成为候选簇头节点。(2)为提高簇间数据传输的成功率,本文采用在每轮簇形成之后,对各簇头节点进行贝叶斯链路估计[34]。这样可以有效提高簇间数据传输成功率,保证了网络中收集到信息的完整性,也为选择链路状态较好的下一跳节点做铺垫。(3)为了解决簇头节点在簇间依据代价函数选择下一跳簇头时,代价函数中各参数所占的权重无法根据网络当前的状态做出自适应调整的问题,本文利用熵权系数法[26][32]计算公式,精确、客观的确定簇头的剩余能量、簇头到基站的距离、簇头到下一跳簇头的链路质量和簇头的成员节点个数,这四个因素在多跳通信过程中所占的权重比例,以做到自适应选取下一跳簇头。从而在节点能量有限的情况下,尽可能的均衡网络能耗,延长网络生存时间。最后本文通过仿真实验,对ANCEC算法以及对比协议LEACH、EEUC和DEBUC在OMNeT++仿真平台下进行仿真实验,实验结果表明本文所提出的ANCEC协议在网络的稳定性、网络能量效率以及数据传输效率等多个方面都优于其他对比协议,能够有效的延长网络生存时间、均衡网络负载、提高数据传输成功率。
其他文献
FAT文件系统具有其他文件系统无可比拟的兼容性,为方便设备与PC机进行数据交换,目前大多数嵌入式智能设备都采用FAT文件系统进行数据存储。但是, FAT文件系统在设计上存在一
本体的重构是当前研究领域的重要课题之一。然而,本体语义的表达是局限于描述逻辑的形式语言,没有能力呈现出规则的一般形式。因此,为了解决这个问题,研究者们提出了基于语义WEB
在图像与视频处理领域,图像/视频缩放非常重要。特别是,当需要在具有不同显示分辨率的显示终端上显示相同的一幅图像时,需要进行缩放操作。图像缩放就是指根据特定应用的需要,对
目前,医院的人工导医分诊台由于患者的咨询不断增多,患者与导诊医生有效的交流时间减少,患者难以得到详细的解答,因而,人工导医已经无法满足患者目前的导医需求。而现阶段医疗服务类网站和医疗服务App的线上导医服务实质是线上问答式人工导医,患者从输入自身症状到得到医生的导医结果需要一段不可预知的等待时间。因此,如何通过计算机技术和医学知识建立计算机导医系统,以患者的症状迅速的得到患者可能患有的疾病,引导患
随着移动无线通信技术、移动终端技术的迅速发展,移动通信已成为人们能够随时对地乃至移动中从互联网获取信息和服务的一种重要通信方式,而传统的无线通信方式必须应用一定的
目前金融风险已经成为影响世界经济稳定发展的最重要因素,而信用风险将是未来金融界的危机,信用风险控制的重要性与日俱增。当前已存在的许多电子化信用风险控制系统都是孤立
随着Internet迅猛发展,搜索引擎已经成为人们进行信息获取必不可少的工具。检索技术作为搜索引擎的核心技术之一,对信息准确、快速地获取起到了至关重要的作用。本文在传统向
序列比对是生物信息学中一种基本的信息处理方法。它通过对生物序列数据进行相似性比较,来发现生物序列中的功能、结构和进化等信息,对基因识别、蛋白质功能域识别、二级结构
虚拟现实(VR)技术是现在非常热门的研究课题,它涉及图形学、人工智能、传感技术以及包括视觉生理学和心理学在内的相关学科,并且应用广泛。虚拟现实技术中最为关键的技术之一是LO
数据分类一直是数据挖掘研究领域中的核心问题。在数据分类中,遗传算法是应用较为广泛的一种分类算法。Holland提出的基于遗传算法的分类系统作为第一个基于遗传算法的机器学