異構(gòu)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于能量均衡的分簇路由算法研究.pdf

1、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Network,WSN)是一門多學(xué)科交叉的新興科學(xué)，它綜合了傳感器、分布式信息、無(wú)線通信和嵌入式計(jì)算等技術(shù)，近年來(lái)受到了人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有可擴(kuò)展、易部署、高可靠等特點(diǎn)，使得它在醫(yī)療搶險(xiǎn)、工業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境監(jiān)控、以及軍事國(guó)防等方面得到了廣泛的應(yīng)用。然而傳感器節(jié)點(diǎn)能量有限且難以補(bǔ)充，這決定了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的壽命是有限的，因此如何設(shè)計(jì)一個(gè)能夠高效利用節(jié)點(diǎn)能量的路由協(xié)議，以延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)

2、的生命周期，已經(jīng)成為無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究的重點(diǎn)。
　　分簇路由協(xié)議將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)劃分成幾個(gè)簇區(qū)，以便于拓?fù)涔芾?，再加上?shù)據(jù)融合技術(shù)來(lái)降低網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，被認(rèn)為是提高節(jié)點(diǎn)能量利用率，延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的生命周期的有效途徑之一。LEACH協(xié)議作為第一個(gè)基于分簇思想的路由協(xié)議，是之后很多分簇路由協(xié)議研究的基礎(chǔ)，它可以有效地解決傳感器節(jié)點(diǎn)能量限制的問(wèn)題。但是，由于LEACH協(xié)議的假設(shè)條件要求節(jié)點(diǎn)擁有相同的初始能量，使得它的成簇機(jī)制并不適用于能量異構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)。SE

3、P協(xié)議作為L(zhǎng)EACH在二級(jí)能量異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)下的拓展協(xié)議，較好的平衡了網(wǎng)絡(luò)的能耗，但是它可能會(huì)選舉剩余能量較低的節(jié)點(diǎn)成為簇首，不利于網(wǎng)絡(luò)壽命的延長(zhǎng)。DEEC協(xié)議在 SEP的基礎(chǔ)上引入了節(jié)點(diǎn)的剩余能量作為簇首選舉的權(quán)值，更好的均衡了各個(gè)節(jié)點(diǎn)間的能耗。因此，本文在深入研究LEACH和SEP協(xié)議的基礎(chǔ)上，對(duì)DEEC協(xié)議的簇首選舉算法進(jìn)行了改進(jìn)，提出了一種基于能量均衡的異構(gòu)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇路由協(xié)議。本文具體內(nèi)容如下：
　　第一，本文介紹了課題

4、的研究背景和意義，概述了WSN的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，以及WSN在多個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用。
　　第二，本文對(duì)WSN的結(jié)構(gòu)、特征和關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了介紹，并重點(diǎn)介紹了 WSN的路由技術(shù)。在簡(jiǎn)要介紹了路由協(xié)議的特點(diǎn)和設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)上，對(duì)WSN的多種路由協(xié)議進(jìn)行了分類、分析和比較。然后，詳細(xì)介紹了LEACH協(xié)議的運(yùn)行機(jī)制，引入了分簇路由協(xié)議的能量消耗模型和最優(yōu)簇首的概念，為設(shè)計(jì)新的路由協(xié)議奠定基礎(chǔ)。
　　第三，針對(duì)LEACH協(xié)議在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)

5、中性能不足的問(wèn)題，本文詳細(xì)分析了其在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中拓展協(xié)議SEP和DEEC的分簇機(jī)制。然后針對(duì)DEEC協(xié)議分簇機(jī)制的缺陷，提出了改進(jìn)協(xié)議DEEC-TA。DEEC-TA協(xié)議使用了動(dòng)態(tài)的閥值區(qū)間來(lái)選舉簇首節(jié)點(diǎn)，使得網(wǎng)絡(luò)的能量消耗更加均勻。
　　第四，本文使用Matlab軟件對(duì)LEACH、SEP、DEEC和DEEC-TA協(xié)議進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)，并對(duì)它們性能進(jìn)行了對(duì)比。實(shí)驗(yàn)證明DEEC-TA協(xié)議與其他協(xié)議相比，能提高網(wǎng)絡(luò)的吞吐量，并延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)首個(gè)節(jié)