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《安徽大学》 2010年
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无线传感器网络中异步成簇算法的研究

杨永雷  
【摘要】: 作为全新的信息获取平台,无线传感器网络在军事、环境、医疗和家居等应用领域具有广泛的发展空间,吸引了众多研究者的目光,并被美国商业周刊和MIT技术评论列为21世纪最有影响的21项技术和改变世界的10大技术之一。 无线传感器网络主要是由大量的传感器节点利用无线通信的方式组成的网络,它能够协作地感知、采集和处理网络覆盖范围内被感知对象的信息,并将信息以数据的形式传递到远处的观察者手中。由于用户大多不便或是难以接触无线传感器网络的应用环境,所以传感器节点上的能源难以更换,仅依靠自身携带的能量维持正常工作。为了尽可能高效的利用有限的能量资源、提高网络的存在周期,国内外研究学者提出了一系列不同的路由方法。 在此研究背景下,本文首先分析了国外部分经典路由协议优缺点,然后借鉴了国内一些分簇算法的优秀思想,最终提出了一种局部动态的异步成簇算法ACA (Asynchronous Clustering Algorithm). ACA算法是在LEACH协议的基础上对HEED-SM算法的改进。该算法具有以下几个方面的特点: 1)簇结构方面。首先,网络初始化时在全局范围内进行随机分簇,然后随着簇头的动态改变,簇区域也会发生动态的变化。这样既能避免簇头间距离过近的问题也能保证簇头尽量分布在簇区域的中心部分,从而均衡了各簇中节点的能耗,提高了能量的利用效率。 2)簇头改选条件。ACA算法在成簇的时候为簇头改选设立了一个能量阈值TE,当某簇头能量小于该阈值时,该簇方进行簇头改选。一般设能量阈值TE为簇中剩余能量最多的节点上的一部分能量,所以不同的簇设立的能量阈值也各不相同,并且随着网络的运行,各节点能量的消耗,该阈值TE会动态的降低。从而均衡了网络各节点的能量水平,使网络中各节点尽可能同时死亡。 3)簇头选择。当旧簇头发现需要进行簇头改选时,它首先从自己的成员节点中选择能量最大的节点为临时簇头,然后该临时簇头先判断自己周围的一定半径内是否存在其它簇头,如没有,则广播声明为新簇头;反之,则反馈旧簇头“否”的信息,旧簇头就选择能量次之的节点为临时簇头,依次类推。所以,即使网络初始化时簇头有可能过近,但随着新簇头的产生,簇头之间的距离会调整到一个合适的水平。 最后在MATLAB平台上对ACA算法进行了模拟仿真,结果表明ACA算法在网络数据流量、能量利用效率和簇结构分布等方面要明显优于LEACH和HEED-SM算法。
【学位授予单位】:安徽大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TN929.5;TP212.9

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