無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇路由協(xié)議及其應(yīng)用研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSNs)是由大量無線傳感器節(jié)點組成，分布在一定區(qū)域內(nèi)的各個節(jié)點之間通過無線通信鏈路以自組織的形式組成一個完整的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其主要功能是感知環(huán)境信息，信息經(jīng)過處理后傳遞至用戶。由于無線傳感器節(jié)點通常采用電池供電并且應(yīng)用環(huán)境條件復(fù)雜，很難對節(jié)點的能量進行補充。所以，傳感器網(wǎng)絡(luò)研究面臨的首要挑戰(zhàn)是如何高效使用每個節(jié)點的有限能量并且延長網(wǎng)絡(luò)的生存時間。
　　本文在以下幾個方面作了研究：
　　第一，作為能量有效、基于層

2、次結(jié)構(gòu)的路由協(xié)議的典型代表，LEACH協(xié)議存在的不足表現(xiàn)為網(wǎng)絡(luò)中會出現(xiàn)極大簇和極小簇并存；當節(jié)點能量不同時簇頭選擇不合理；在簇頭死亡后簇內(nèi)節(jié)點仍會消耗能量。本文提出了一種基于LEACH改進算法，使用引入簇成員數(shù)門限和合并極小簇的方法避免極大簇和極小簇同時存在；通過對簇頭能量消耗的估計，在簇頭能量耗盡前使成員節(jié)點休眠來減少節(jié)點能量浪費。分析和仿真結(jié)果表明，改進后的算法在平衡節(jié)點能量和延長網(wǎng)絡(luò)壽命方面具有更優(yōu)越的性能。
　　第二，在基

3、于博弈理論的協(xié)作策略模型基礎(chǔ)上，定義了節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的代價函數(shù)和利益函數(shù)，通過節(jié)點的支付函數(shù)建立了節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包數(shù)量與能量之間的關(guān)系，其目標是建立一種網(wǎng)絡(luò)協(xié)作模型，實現(xiàn)均衡節(jié)點能耗，從而延長網(wǎng)絡(luò)生存時間。模型通過能量因子和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包數(shù)量來調(diào)節(jié)節(jié)點行為，均衡網(wǎng)絡(luò)的整體能耗。在此基礎(chǔ)上，提出一種基于協(xié)作模型的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇路由協(xié)議DCACM。通過增加協(xié)作節(jié)點對簇頭數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)發(fā)，有效降低簇頭能耗。
　　第三，在綜合考慮無線傳感器網(wǎng)絡(luò)

4、中節(jié)點運行方式、節(jié)點初始概率和信道偵聽的基礎(chǔ)上，提出了一種基于最優(yōu)搜索模型的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇路由協(xié)議DCOS，并給出了相應(yīng)的搜索模型。模型的目標是使成功通信的概率在搜索資源受限制條件下達到最大值。分簇算法的設(shè)計目標是均衡網(wǎng)絡(luò)能耗，進而最大化網(wǎng)絡(luò)壽命。在分簇算法中，簇頭的產(chǎn)生綜合考慮了覆蓋網(wǎng)絡(luò)的最少節(jié)點數(shù)、節(jié)點剩余能量和相鄰節(jié)點數(shù)量；在網(wǎng)絡(luò)運行過程中，通過設(shè)置簇頭的等待時間上限來避免簇頭消耗能量；通過設(shè)置節(jié)點門限，避免在分簇處理時的能耗