能量高效的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇路由算法研究.pdf

1、物聯(lián)網(wǎng)是通過信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議實(shí)現(xiàn)人與物、物與物全面互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)，是繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后，世界信息產(chǎn)業(yè)的第三次浪潮。作為物聯(lián)網(wǎng)的感知層，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通過部署大量微型傳感器節(jié)點(diǎn)協(xié)作地完成實(shí)時(shí)感知、監(jiān)測和采集各種環(huán)境或監(jiān)測對象的任務(wù)，采用多跳自組織方式將信息傳送到匯聚節(jié)點(diǎn)，并最終到達(dá)用戶終端。因此，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了信息世界與現(xiàn)實(shí)世界的融合，正在改變著人與自然交互的方式。
　　 目前無線傳感器網(wǎng)絡(luò)還面臨著許多問題，其中能量

2、受限問題已經(jīng)成為傳感器網(wǎng)絡(luò)研究的瓶頸，節(jié)點(diǎn)采用硬件措施降低能耗的方法受到元器件制約，基于軟件的路由算法更適應(yīng)節(jié)能這一發(fā)展趨勢。隨著節(jié)點(diǎn)數(shù)量和網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不斷擴(kuò)展，傳統(tǒng)的平面型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)已經(jīng)不再適應(yīng)，需要通過采用分簇結(jié)構(gòu)的方式來延長網(wǎng)絡(luò)生命周期，本文主要研究無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇控制路由算法。
　　 在構(gòu)建兩種不同網(wǎng)絡(luò)模型的基礎(chǔ)上提出了3種分簇算法，并對其進(jìn)行了深入研究。
　　 (1)、自適應(yīng)非線性遞減慣性權(quán)重的粒子群優(yōu)化分簇路由

3、算法
　　 構(gòu)建了同構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)模型，提出了一種適用于同構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)非線性遞減慣性權(quán)重的粒子群優(yōu)化分簇路由算法。從能量有效性和均衡性出發(fā)，確定了根據(jù)簇頭平均剩余能量、簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)能量距離和簇頭到匯聚節(jié)點(diǎn)的最大歐氏距離三種因素優(yōu)化簇頭的方法，引入了自適應(yīng)非線性遞減慣性權(quán)重來平衡局部和全局搜索能力。研究表明，該方法有效地均衡了網(wǎng)絡(luò)能耗，提高了網(wǎng)絡(luò)的生命周期。
　　 (2)、基于權(quán)值的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)非均勻分簇控制算法
　　 構(gòu)建了

4、異構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)模型，提出了適用于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的基于權(quán)值的非均勻分簇路由算法。在簇頭選舉時(shí)，綜合考慮了節(jié)點(diǎn)剩余能量、當(dāng)選簇頭次數(shù)、與匯聚節(jié)點(diǎn)的距離、節(jié)點(diǎn)密集程度和節(jié)點(diǎn)消耗的能量5個(gè)因素，采用層次分析法計(jì)算權(quán)系數(shù)大小，避免了人為確定系數(shù)導(dǎo)致的不合理，最后將選取權(quán)值小的節(jié)點(diǎn)作為簇頭；提出了非均勻簇的成簇思想，保護(hù)了距離匯聚節(jié)點(diǎn)近的簇頭；提出了引入能量閾值進(jìn)行簇頭輪換的思想，從而降低了頻繁選舉簇頭帶來的不必要的能耗。仿真結(jié)果顯示：能量異構(gòu)節(jié)點(diǎn)的引入和簇

5、頭的優(yōu)化明顯改善了網(wǎng)絡(luò)傳輸性能并提高了網(wǎng)絡(luò)生命周期。
　　 (3)、基于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的接力簇傳輸雙簇頭安全分簇控制算法
　　 為了適應(yīng)大規(guī)模部署的網(wǎng)絡(luò)中可能出現(xiàn)受到攻擊的情況，提出了一種接力簇傳輸?shù)碾p簇頭安全分簇控制算法。主簇頭在簇內(nèi)收集數(shù)據(jù)，成員節(jié)點(diǎn)根據(jù)成簇代價(jià)公式加入，輔助簇頭按照接力簇的形式傳輸數(shù)據(jù)，同時(shí)增加了通過簇密鑰和簇間密鑰來加密數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩胧Ｑ芯勘砻?，此方案適用于節(jié)點(diǎn)分布密集的大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)，并且在一定程度上