基于近邻传播的WSNs分簇路由策略研究

摘要

无线传感器网络( Wireless Sensor Networks，简称WSNs)，由大量随机部署于目标监测区域的传感器节点组成，具有信息感知、处理、传输的功能，是人类与自然、社会交互的科技手段之一。由于其具有易部署、低成本、低功耗、强抗毁等优点，近年来备受关注。路由协议设计是 WSNs的关键技术之一，旨在为信息传输寻求高效路径，为网络提供自组织、节能、安全、数据融合、定位、寻址等功能属性。
　　分簇路由协议由于其分布式的结构特征，具有路由速度快、可扩展性好、算法鲁棒性强等特点，能很好匹配 WSNs向复杂化、巨大化、智能化发展的需求，已成为该领域算法研究的主流学派。论文围绕分簇路由协议展开研究，受数据聚类算法思想影响，将近邻传播聚类思想应用到 WSNs分簇中，分别提出了两层及三层能量自适应近邻传播无线传感器网络分簇路由协议，并对其进行仿真分析及性能评估，主要工作如下：
　　①论文从传感器网络各类路由协议探讨分析入手，在此基础上着重论述了分簇路由协议，对其进行分类和比较，通过仿真实验，对具有代表性的分簇路由协议——低功耗自适应集簇分层型协议（Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy，简称LEACH）进行深入解析与研究，为后续工作展开提供切入点。
　　②在深入研究分簇路由协议的基础上，结合近邻传播聚类算法，通过重设相似度及偏向值表达式，充分考虑能量、节点距离、簇头分布密度等因素，以节约网络能耗及延长网络寿命为主要设计目标，提出了一种能量自适应近邻传播两层分簇路由协议（LEACH-EAAP），通过先验知识对其进行学习，进一步提高算法性能，并通过理论分析与实验仿真对其进行深入论证。仿真结果表明，该算法适用于小型无线传感器网络，在节约网络能耗及延长网络寿命两方面性能有所提升。
　　③针对LEACH-EAAP协议不适用于大规模无线传感器网络的现实问题，在分析不同层次结构分簇路由协议的基础上，对相似度及偏向值表达式进行重新定义，通过设立簇头质量，实现1级簇头集与2级候选簇头集封闭映射，在综合考虑距离、剩余能量等因素的基础上，提出了一种能量自适应近邻传播三层分簇路由协议（LEACH-EATAP），并通过先验知识对算法进行学习。仿真结果表明， LEACH-EATAP算法较之现有三层分簇算法有性能提升，以损失算法复杂度为代价将LEACH-EAAP适用范围进一步扩展。

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目录

1 绪 论

1.1 论文的研究背景和意义

1.2 无线传感器网络概述

1.3本文主要工作及安排

2 无线传感器网络路由协议研究

2.1路由协议关键问题分析

2.2 路由协议分类标准概述

2.3 面向能量有效性路由协议算法分类

2.4 分簇路由协议优势分析

2.5本章小结

3 能量自适应近邻传播两层分簇路由算法

3.1 近邻传播聚类算法基本机制

3.2 系统模型

3.3 能量自适应近邻传播两级分簇路由协议

3.4 仿真及分析

3.5本章小结

4 能量自适应近邻传播三层分簇路由算法

4.1 不同层次结构分簇路由分析

4.2 能量自适应近邻传播三层分簇路由

4.3 仿真及分析

4.4 本章小结

5 总结与展望

5.1 论文总结

5.2 未来展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读学位期间取得的科研成果目录

B. 作者在攻读学位期间参加的科研成果目录