異構(gòu)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)非均勻分區(qū)多跳路由協(xié)議的研究.pdf

1、近年來，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Network, WSN）作為物聯(lián)網(wǎng)底層網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的基礎(chǔ)技術(shù)之一，受到國內(nèi)外的關(guān)注。由于WSN具有成本低、功耗小且大面積分布的特點(diǎn)，在安全監(jiān)控、物流倉儲、軍事戰(zhàn)爭、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療護(hù)理等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。然而無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的能量、計(jì)算能力、通信能力都有限，需要采用高效的路由協(xié)議來實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的高效傳輸并降低系統(tǒng)的能量消耗。本文首先對WSN路由協(xié)議進(jìn)行研究，針對EDCS算法和ESEP算法

2、在簇的形成和數(shù)據(jù)傳輸方面的缺點(diǎn)，提出了異構(gòu)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)非均勻分區(qū)多跳路由協(xié)議（Unequal Clustering and Multi-hop Routing Protocol of HWSN, HUCM）。
　　作者的主要研究工作與成果如下：
　　1．分析總結(jié)了幾種典型的路由協(xié)議的優(yōu)缺點(diǎn)；
　　2．對EDCS算法和ESEP算法進(jìn)行了詳細(xì)研究，仿真分析結(jié)果表明：（1） EDCS算法在簇頭的選舉及擴(kuò)展性等方面較平面路由

3、協(xié)議有一定的先進(jìn)性，但同時(shí)也存在一些問題：建立的簇大小是不確定的，采取單一的單跳的數(shù)據(jù)傳輸方式，這些特點(diǎn)會使網(wǎng)絡(luò)能耗加大，加快網(wǎng)絡(luò)的失效；（2）ESEP算法適用于三級異構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)，未考慮剩余能量對成簇概率的影響，在簇的形成和數(shù)據(jù)傳輸方面和EDCS算法一樣還存在不足；
　　3．針對EDCS算法和ESEP算法的缺點(diǎn)，提出了HUCM算法：（1）在簇頭的選舉方面：改進(jìn)閾值T(n)，在閾值公式中引入剩余能量、初始能量、剩余能量與平均能量的方差

4、，讓能量高的節(jié)點(diǎn)有更大的幾率成為簇頭；（2）計(jì)算簇頭節(jié)點(diǎn)與匯聚節(jié)點(diǎn)的距離，使距離匯聚節(jié)點(diǎn)較近的簇頭建立的簇要小一些，節(jié)約能量用于數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)工作，均衡整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的能耗；（3）數(shù)據(jù)傳輸方式：采用簇內(nèi)單跳和簇間多跳相結(jié)合的數(shù)據(jù)傳輸方式，減少了簇頭與匯聚節(jié)點(diǎn)過遠(yuǎn)采用單跳的傳輸方式帶來的能耗；
　　4．利用MATLAB對網(wǎng)絡(luò)壽命、網(wǎng)絡(luò)能耗和基站接收數(shù)據(jù)量等進(jìn)行仿真，首先通過統(tǒng)計(jì)不同簇頭比例下網(wǎng)絡(luò)每輪的能耗，確定最佳簇頭比例；其次對EDCS算法和

5、HUCM算法應(yīng)用于同構(gòu)網(wǎng)絡(luò)和二級異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行仿真比較，研究異構(gòu)參數(shù)m和a對網(wǎng)絡(luò)性能的影響；最后對ESEP和HUCM算法應(yīng)用于三級異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行仿真比較。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：HUCM算法能有效延長網(wǎng)絡(luò)壽命，提高能量利用率。在同構(gòu)WSN中HUCM算法的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行時(shí)間比EDCS算法延長了約30％，HUCM算法的 Sink節(jié)點(diǎn)接收的數(shù)據(jù)量比 EDCS算法多了約27%；在二級異構(gòu)WSN中，HUCM算法的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行時(shí)間比EDCS算法延長了約15%，HUCM算法