链状线型WSN中基于梯度的分簇成链算法研究

【摘要】：链状线型无线传感器网络是一种特殊类型的无线传感器网络,广泛应用于高速公路,河流,火车铁轨,输变电线等领域的监测,主要特点是,数据传输距离远且路径单一,网络中一般会有多个Sink节点,节点处理的信息量大。如何降低节点传输能耗,节省节点能量,延长网络生命周期是链状线型无线传感器网络的研究热点。 本文针对链状线型无线传感器网络中多Sink的特点,结合已有传感器网络的分层路由技术,提出了一种基于梯度的分簇成链算法CLBG(Clustering into Link Based on Gradient),其思想是以Sink节点的通信半径建立梯度场,节点根据所处梯度是否相同进行成簇,成簇后,簇中节点以簇头为首成链。该算法主要可分为四部分：梯度建立阶段、成簇阶段、簇中成链阶段以及簇间路由阶段。CLBG主要在两方面降低了节点能耗,一方面,利用梯度的方式成簇后,节点能够向距离最近的Sink传输数据,缩短了数据传输距离,进而减少了传输能耗；另一方面由于网络中的节点位置相对集中,采集的数据相似性较大,因此CLBG选择采用数据融合技术对数据处理,降低了节点因传输大量的数据引发的能量损失。CLBG分簇算法的另一个特点在于,当网络出现故障时,利用该算法可反向建立传输链路,保证数据的及时传输,避免因链路问题对网络的影响,提高了数据传输的可靠性。 为了验证CLBG分簇协议算法的性能,本文采用NS-2网络模拟工具,进行仿真实验,并与传统经典分簇算法LEACH和PEGASIS在节点剩余能量,剩余节点个数以及数据传输时延三个方面进行了分析比较。仿真结果表明,基于梯度的分簇成链算法CLBG可以有效节省节点能量,避免节点过早死亡,达到延长网络生命周期的目的。最后,文章指出了CLBG算法目前所存在的不足以及需要改进的地方,并给出了进一步的研究方向。