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《电子科技大学》 2011年
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基于固定分区的无线传感器网络分簇路由算法研究

吴赳赳  
【摘要】:近年来,物联网(Internet of Thing, IOT)是一个炙手可热的话题。作为物联网关键技术之一的无线传感器网络(Wireless Sensor Networks, WSNs),在物联网产业化的浪潮中也得到了快速的发展。作为一门融合了智能传感、无线通信、嵌入式系统等多门技术的新兴的信息获取和处理技术,无线传感器网络有着广阔的应用前景,但对其的理论研究和应用拓展还有待进一步深入发掘。目前,学者的研究主要集中在同构无线传感器网络领域。然而在实际应用中,所需要面对的是一个错综复杂的环境,这就需要在理论研究中引入一个更接近实际的网络模型——异构无线传感器网络(Heterogeneous Wireless Sensor Networks,HWSNs)。不同于同构网络,在HWSNs中,节点可能在配备能量、计算能力、处理任务等方面都存在差异。 在无线传感器网络中,由于节点的资源极为有限,因此如何实现网络能量高效、安全可靠是研究的重点和难点。路由算法对提高网络能效、数据安全等都有重要作用,因此也是研究的热点。分簇网络模型能有效地控制网络拓扑,可靠地传输数据信息,显著地延长网络寿命。本文在HWSNs网络模型上,深入研究了分簇路由算法对网络能量有效性、结构稳定性等方面的影响,并提出了一种新的异构网络分簇模型以及运行于其上的能量有效路由算法。本文研究的主要工作包括以下几个方面: 第一、深入研究典型的分簇路由算法。学者们提出的典型的分簇路由算法有LEACH、SEP、DEEC和EDFM等,它们或针对同构无线传感器网络提出,或针对异构无线传感器网络提出,都表现出了较好的能量有效性和数据传输效率。尽管如此,它们还是存在缺陷,主要体现在簇首选择的机制上。因为采用随机动态的方式选择簇首,所以在均衡节点负载的同时,也造成了簇首数目高度动态变化。这样造成的后果就是网络拓扑一直在变化,并且若没有选出簇首,则整个网络就会处于暂时失效状态。 第二、提出新的异构网络分簇模型。针对以上提到的缺陷,提出了一种基于固定分区的分簇网络模型。通过对这种分簇网络模型的建模,提出一种新的分簇路由算法FZCP(Fixed Zone Clustering Protocol,FZCP)。在FZCP算法中,监测区域被划分为固定的小区。同时,考虑了节点的剩余能量和节点的能耗速度两个因素,采用基于剩余能量和节点分布的代价函数来选择簇首。这样做的好处是网络拓扑稳定,数据传输效率高,同时有效地延长网络寿命。 第三、对比验证了FZCP算法。为了验证算法的正确性和可靠性,在MATLAB 2007上仿真对比了FZCP算法和LEACH算法、SEP算法及EDFM算法在簇首分布、网络寿命以及数据传输等方面的性能。仿真结果标明:FZCP算法是一种健壮的高能效的分簇路由算法,它能很好地控制簇首节点的分布,同时有效地延长了网络寿命和数据传输效率。在网络生存期方面,FZCP算法比LEACH算法、SEP算法和EDFM算法分别提高了近156%、38%、11%。而在数据传输效率方面,FZCP算法也有明显的优势。
【学位授予单位】:电子科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TN929.5;TP212.9

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