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 Networks，WSNs）是由大量資源受限的傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，一旦部署很難對(duì)其補(bǔ)充能量。節(jié)約能量一直是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究的關(guān)鍵問(wèn)題，而分簇路由算法是降低網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能耗、提高網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展性以及延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生存周期的有效方法之一。從不同角度可以把無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)分為同構(gòu)WSNs和異構(gòu)WSNs、小規(guī)模WSNs和大規(guī)模WSNs等，即使同一網(wǎng)絡(luò)也可以從不同角度劃分成不同類別。本文分別對(duì)小規(guī)模異構(gòu)WSNs和大規(guī)模

2、同構(gòu)WSNs進(jìn)行能量均衡分簇路由算法研究。
　　論文首先針對(duì)小規(guī)模能量異構(gòu)的WSNs分簇路由算法進(jìn)行分析。在研究分析DEEC和BEEC算法的基礎(chǔ)上，提出一種改進(jìn)的能量均衡的非均勻分簇算法（Energy Equilibrium Non-uniform Clustering，EENC）。其次進(jìn)一步對(duì)大規(guī)模能量同構(gòu)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行研究，在分析FSC算法的基礎(chǔ)上，提出一種改進(jìn)的均勻分環(huán)多扇區(qū)分簇路由算法(Equal Ring Base

3、d Multi-secter Clustering Routing，ERBM)。
　　在EENC算法中首先給出了網(wǎng)絡(luò)模型，根據(jù)節(jié)點(diǎn)的能量消耗模型理論推導(dǎo)出網(wǎng)絡(luò)最優(yōu)分簇?cái)?shù)。在簇頭最終確定階段對(duì)臨時(shí)簇頭引入競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制，使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)形成非均勻分簇結(jié)構(gòu)，緩解了距離基站較遠(yuǎn)的簇頭消耗過(guò)多的能量。在簇的構(gòu)建階段，節(jié)點(diǎn)加入簇頭時(shí)不僅考慮簇頭剩余能量、節(jié)點(diǎn)與簇頭間距離，而且考慮節(jié)點(diǎn)與基站間距離因素。通過(guò)仿真比較，在小規(guī)模異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)下，EENC算法能夠均

4、衡節(jié)點(diǎn)間能量消耗、延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生存周期。
　　隨著WSNs規(guī)模不斷擴(kuò)大和傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)量不斷增加，以往采用整體對(duì)網(wǎng)絡(luò)分簇，簇間采用單跳的通信方式不能滿足大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)的需求。在設(shè)計(jì)分簇路由算法時(shí)需要考慮傳感器節(jié)點(diǎn)的通信能力，以確保整個(gè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。ERBM算法首先在初始化階段把整個(gè)網(wǎng)絡(luò)劃分為多個(gè)以基站為中心等間距的圓環(huán)，通過(guò)理論推導(dǎo)并結(jié)合各簇內(nèi)通信代價(jià)的均衡性，最終確定各環(huán)面分簇?cái)?shù)（扇區(qū)數(shù)），再對(duì)每個(gè)扇區(qū)劃分出中心區(qū)域作為待選簇頭區(qū)

5、域。在簇頭選取階段對(duì)中心區(qū)域內(nèi)的待選簇頭引入質(zhì)心算法，使其剩余能量大于能量閾值的待選簇頭依次當(dāng)選簇頭，其次各環(huán)域采用多輪旋轉(zhuǎn)機(jī)制重新劃分扇區(qū)，降低簇內(nèi)通信代價(jià)。在數(shù)據(jù)傳輸階段，簇間采用多跳的方式向相鄰內(nèi)環(huán)簇頭依次傳輸數(shù)據(jù)，同時(shí)為了緩解多跳通信引起的網(wǎng)絡(luò)“熱點(diǎn)”問(wèn)題，靠近基站的環(huán)面不再進(jìn)行分簇，該環(huán)面內(nèi)的所有節(jié)點(diǎn)直接與基站通信。最后通過(guò)仿真比較ERBM與FSC算法性能，ERBM算法在大規(guī)模能量同構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)中具有較好的能量利用率、數(shù)據(jù)包接受率