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能耗均衡的WSN非均匀分簇路由协议研究与设计

杨秀兰  
【摘要】:无线传感器网络由大量能量受限制的传感器节点通过自组织方式组成,节点之间协作完成网络的数据传输。然而由于节点体积和成本的限制,传感器节点通常在计算能力、通信能力和能量等方面受到极大影响。如何实现无线传感器网络能量消耗最小化以及最大化网络生存时间,是无线传感器网络的优化目标。现有的研究工作从不同的方向来延长无线传感器网络的生存时间,本文则从无线传感器网络路由协议出发,研究了如何通过优化无线传感器网络中的路由协议来延长网络的生存时间。 针对目前一些路由协议存在的耗能不均衡问题,本文提出了一种耗能均衡的非均匀分簇路由协议。本协议设计了基于分块的网络模型,在分簇方面采用了非均匀分簇的思想,解决了簇间多跳时带来的网络“热点”问题;根据簇头耗能均匀的原则计算出各层最优簇头数;并为了使簇头在各层内均匀分布,使同层形成的簇规模相近,根据计算出的最优簇头数将各层进行均匀分块,并进行块内簇头选举,从而使耗能更加均衡化。在簇间通信方式上,本协议适用多跳转发的方式。在研究了目前一些多跳路由机制的基础上,本文引入了路由选择指标和簇头路由指数两个概念,其中前者主要是从源节点的角度出发,选择网络开销较少的路由节点,后者主要是从路由节点的角度出发,根据自己的负载度来回复源节点的申请。这种通信方式不仅能减少能量消耗,同时又可以均衡网络负载,从而达到均衡能耗的目的,延长整个网络的生命周期。 在MATLAB仿真平台上将经典分簇路由协议LEACH和非均匀分簇路由协议EEUC以及本文提出的耗能均衡的非均匀分簇路由协议进行仿真比较,比较主要涉及簇头分布、节点死亡率、网络能耗以及网络寿命等几个方面。实验表明,本文提出的路由协议在均衡网络能耗方面有显著的优势,尤其在大规模的网络下,能够显著的延长网络寿命。 通过本课题的研究,为进一步研究无线传感器网络提供了方法,下一步的工作将主要集中于路由协议安全性方面的问题研究。


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