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【6h】

基于能耗均衡的无线传感器网络非均匀分簇算法的研究

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无线传感器网络是当前国际上备受关注的新兴前沿研究热点之一,它能实时监测、感知、采集和处理各种监测对象的信息,在军事、环境监测和工业生产等方面具有十分广阔的应用前景。因为网络中节点数量庞大,节点的能量和计算能力有限,传统的路由协议不适合无线传感器网络。所以,如何有效地延长网络的生命周期,平衡网络的能耗是无线传感器网络路由协议设计的首要目标。
　　 本文首先总结了无线传感器网络的结构、特点、应用和发展,分析比较了几种典型的无线传感器网络的路由协议,归纳出路由协议的设计要求,并针对现有的均匀分簇算法中存在的能量空洞问题,基于典型的分簇式路由协议LEACH中存在的缺点,设计了一种能耗均衡的新型非均匀分簇算法。本文提出的非均匀分簇算法采用静态分簇的方式,将监测区域划分为面积大致相等的三个部分,每个区域内按照不同的簇头选择概率产生簇头,并构建网络中大小不等的簇域。为了延长网络的生命周期,我们的目标是使网络中节点能耗均衡,如何对网络中所有节点进行层次划分,确定各层簇头节点不同的通信半径是算法考虑的关键。在进行数据通信时,引入一个阈值 Distance MAX,如果簇头节点到 sink的距离小于Distance MAX,则它可以直接与 sink进行通信。否则应该尽量使用多跳路由的方式将数据传送至 sink。同时,算法设计了一种简单相关多路路由来实现簇间的多跳通信,并为簇头节点设定了一个能量变化的指标,当其能量变化超过该指标时就不再作为中继簇头转发数据,算法综合考虑了节点的通信代价和剩余能量值。另外,为了减少节点能耗同时提高数据传输效率,本文采用各层簇头节点之间先进行数据融合,然后再转发给内层簇头的机制。最后,通过仿真实验表明,与LEACH和:EEUC算法相比,本文的非均匀分簇算法在网络的生命周期、节点能量利用率和存活率方面,都有一定的优势,并且改善了能量空洞问题。

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