异构无线传感器网络分簇路由算法研究

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无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSNs)利用末梢传感器节点实现对指定区域的监测。但WSNs中节点能量有限,如何提高能量利用率,延长网络运行周期成为了重要课题。传统的路由算法多集中于同构WSNs,而异构WSNs是对同构WSNs研究的深入和推广。不仅满足同构网络技术要求,还能借助异构节点的特性满足不同需求,因此对异构WSNs路由算法的研究具有重要意义。论文基于能量异构无线传感器网络,在LEACH算法和DEEC算法研究的基础上。针对算法中存在的随机选举簇头、扩展性差和网络节点能耗不均衡等问题,提出了能量均衡的分簇路由算法(EBCR)和能量均衡的多跳分簇路由算法(EMCR)。EBCR算法在对选举簇头的阈值公式优化的同时引入竞争机制和重叠率(Overlap),保证了簇头的均匀分布,避免覆盖区域的重叠。在入簇的过程中,为了避免热点问题的出现,引入节点剩余能量梯度的概念,均衡簇间能耗。MATLAB仿真表明,改进算法均衡了节点能量,提高了网络运行时间。由于EBCR算法采用单跳方式进行簇间通信,为了提高EBCR算法的扩展性提出EMCR算法,EMCR算法采用单跳与多跳相结合的方式进行通信。为了缓解由此带来的热点问题,算法采用改进的非均匀竞争机制选举簇头,使距离基站近的簇.头有更多能量用于接收和转发簇间数据。在下一跳簇头的选择上,结合簇内节点数建立能量梯度,利用多目标决策策略来减少簇间能耗,避免热点路径问题。通过MATLAB对比分析了 EMCR算法性能和网络特性,结果表明算法具有较好的可扩展性,大规模网络下依然具有较长的稳定期和较高的能量利用率,节点能耗更加均衡;适用于节点密度小,基站位于区域中心的网络。
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