面向能量優(yōu)化的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇路由協(xié)議研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量隨機(jī)分布在監(jiān)控區(qū)域內(nèi)的傳感器節(jié)點(diǎn)通過無線通信方式形成的多跳自組織網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。傳感器節(jié)點(diǎn)消耗能量的模塊包括傳感器模塊、處理器模塊和無線通信模塊。隨著集成電路工藝的進(jìn)步，處理器和傳感器模塊的功耗變得很低，絕大部分能量消耗在無線通信模塊上。因此如何有效地利用節(jié)點(diǎn)能量，延長網(wǎng)絡(luò)生命周期是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議設(shè)計(jì)的首要目標(biāo)。 本文總結(jié)歸納了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，綜述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中典型的平面路由協(xié)議和分簇路

2、由協(xié)議，總結(jié)了分簇路由協(xié)議的優(yōu)點(diǎn)。分簇路由協(xié)議是本文研究的重點(diǎn)，研究分析分簇路由協(xié)議中最有代表性的LEACH協(xié)議的詳細(xì)流程。 在理想網(wǎng)絡(luò)模型下研究分簇路由協(xié)議每輪在不同階段的能量消耗，分析簇首節(jié)點(diǎn)數(shù)量、簇首節(jié)點(diǎn)的位置、簇的分布情況等因素對各階段能量消耗的影響。對LEACH協(xié)議進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)并結(jié)合影響分簇路由協(xié)議能量消耗的相關(guān)因素分析LEACH協(xié)議中存在簇首節(jié)點(diǎn)數(shù)量不固定、分簇不均勻、分簇帶來的額外開銷大、選擇簇首時(shí)沒考慮節(jié)點(diǎn)剩余能

3、量的缺點(diǎn)。在分析分簇路由協(xié)議各階段能量消耗的基礎(chǔ)上，針對LEACH協(xié)議存在的缺點(diǎn)提出了改進(jìn)的分簇路由協(xié)議LEACH—FC(Fix Cluster)。與傳統(tǒng)的分簇路由協(xié)議動(dòng)態(tài)成簇不同，LEACH—FC采用固定簇的形式，匯聚節(jié)點(diǎn)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的位置信息使用模擬退火算法優(yōu)化初始簇首節(jié)點(diǎn)集合，并對網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)分簇。此時(shí)的簇結(jié)構(gòu)使網(wǎng)絡(luò)全局能量消耗最小化，并且分簇相對比較均勻。使用固定簇并且每個(gè)簇中有一個(gè)簇首節(jié)點(diǎn)，不僅能保證每輪網(wǎng)絡(luò)中的簇首節(jié)點(diǎn)數(shù)量

4、是最優(yōu)簇首數(shù)量，還可以減少分簇帶來的額外開銷。LEACH—FC的簇首選擇機(jī)制分為兩個(gè)階段，在第一階段，網(wǎng)絡(luò)中的簇首使用模擬退火算法優(yōu)化選取的節(jié)點(diǎn)直到這些節(jié)點(diǎn)的剩余能量少于自己簇內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)剩余能量的平均值，可以減少整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的能量消耗。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)剩余能量差異較大時(shí)進(jìn)入第二階段，選取剩余能量最多的節(jié)點(diǎn)擔(dān)任簇首，更注重節(jié)點(diǎn)能量的均衡消耗。 通過NS2仿真軟件進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，仿真結(jié)果表明改進(jìn)的分簇路由協(xié)議分簇相對比較均勻，網(wǎng)絡(luò)能量消耗、節(jié)