基于能量優(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)是由大量廉價(jià)的、具有感知能力和通信能力的嵌入式節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的以數(shù)據(jù)為中心的無線網(wǎng)絡(luò),能廣泛應(yīng)用于軍事偵查、醫(yī)學(xué)研究、災(zāi)害預(yù)防、環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域,具有重大的研究價(jià)值和意義。傳感器節(jié)點(diǎn)通常采用電池供電,一旦能量耗盡則宣布節(jié)點(diǎn)死亡,會(huì)嚴(yán)重影響網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),縮短網(wǎng)絡(luò)壽命,降低網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量。因此提高能量使用率是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究的重要問題之一。
　　本文從提高能量利用率的角度研究和改進(jìn)路由協(xié)議,通過優(yōu)化分簇效果,提高負(fù)載均衡性等途徑

2、,降低網(wǎng)絡(luò)能耗,延長網(wǎng)絡(luò)壽命。本文主要研究內(nèi)容分為以下兩部分:
　　(1)本文通過研究網(wǎng)絡(luò)的分簇效果對(duì)網(wǎng)絡(luò)能耗的影響,在分簇較為理想的HEED(A Hybrid Energy-Efficient Distributed clustering approach)路由算法的基礎(chǔ)上,深入研究該算法存在的收斂速度慢和“孤兒節(jié)點(diǎn)”問題,提出一種均勻分簇的HEED-CHOP(Hybrid Energy Efficient Distribute

3、d-Cluster Head Optimize Protocol)協(xié)議。通過改進(jìn)初始概率的計(jì)算方法,提高算法收斂速度;引入一種間接入簇的策略,使“孤兒節(jié)點(diǎn)”加入相鄰的簇頭,避免額外簇頭的產(chǎn)生。HEED-CHOP算法在網(wǎng)絡(luò)分簇階段,從降低簇內(nèi)通信能耗、減少控制報(bào)文開銷兩方面提高能量的有效性。
　　(2)本文從負(fù)載均衡的角度出發(fā),針對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在數(shù)據(jù)通信階段易出現(xiàn)的“漏斗效應(yīng)”和“熱點(diǎn)”問題,提出一種簇間通信協(xié)議 ICLE(Int

4、er-Cluster Load Even)。該協(xié)議引入了負(fù)載均衡樹的思想,引導(dǎo)數(shù)據(jù)流均衡分布于網(wǎng)絡(luò);同時(shí)采用一種輪換轉(zhuǎn)發(fā)策略,能有效的降低下游節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的壓力。ICLE能達(dá)到全網(wǎng)范圍內(nèi)的負(fù)載均衡目的,提高能量的有效性。
　　本文采用MATLAB仿真工具分別對(duì)HEED-CHOP和ICLE分別進(jìn)行仿真驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:HEED-CHOP能明顯優(yōu)化分簇質(zhì)量并提高分簇效率,消除“孤兒節(jié)點(diǎn)”產(chǎn)生的無意義的簇頭;ICLE簇間協(xié)議能夠均衡網(wǎng)