无线传感网中基于网格的非均匀分簇节能路由算法研究

摘要

无线传感网涉及了通信技术、网络技术、微机电系统(MEMS)、嵌入式技术等，是一种全新的数据采集和处理技术，在军事、环境、医疗等领域具有巨大的发展前景。但是，传感器节点一般由电池供电，并且部署在工作人员不能随时进入的地方，所以当电池电量耗尽的时候不能及时补充能量。因此，如何最大化节能，延长整个网络的生存周期，成为这一研究的重点。
　　本文工作:
　　为了延长网络生存周期，本文提出一种改进的基于网格的无线传感器网络非均匀分簇算法IUCG(An improved uneven clustering algorithm based on grids in WSNs)，针对EEUC算法中簇头的竞争只考虑了单向递增的能量链，会导致某些临时簇头节点既没有成功当选最终簇头，又不在任一当选为最终簇头的竞争半径范围内，那么该节点就会被孤立，IUCG算法对此进行了改进，相比较EEUC算法，产生了更多覆盖整个网络所需的簇头，有效的均衡了整个网络的负载。
　　针对IUCG中存在冗余节点这一缺陷，提出一种基于网格的二次消除冗余非均匀分簇算法GERUC(A gird-based double redundant elimination unequalclustering algorithm)。GERUC算法引入了一种新的消除冗余节点的机制，首先把目标节点的感知范围划分为若干子网格，然后通过判断目标节点的邻居节点集N(si)内的节点是否覆盖了目标节点内的所有子网格，来判定该目标节点是否为冗余节点，通过这种消冗机制，对比IUCG算法，节省了大量能量，进一步的延长了整个网络的生存周期。
　　利用MATLAB工具进行了仿真实验。仿真实验结果表明，改进的IUCG算法和GERUC算法在节能与延长网络寿命等方面有了提高，IUCG算法相比较EEUC算法，更好的平衡了网络中节点的能耗，而经过两次消冗的GERUC算法对于IUCG算法，在保证网络覆盖度和连通性的情况下，又进一步延长了整个网络的生存周期。

目录

声明

摘要

插图索引

附表索引

第1章 绪论

1．1 研究背景以及意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究意义

1．2 传感器网络概述

1．2．1 无线传感网络的系统结构

1．2．2 传感器节点结构

1．2．3 无线传感器网络的体系结构

1．3 研究现状

1．4 本文主要工作

1．5 论文组织结构

第2章 典型分簇路由算法的分析

2．1 分簇路由的分类

2．2 LEACH协议

2．2．1 LEACH协议的简介

2．2．2 LEACH协议的基本原理

2．2．3 LEACH协议存在的问题分析

2．3 TEEN协议

2．3．1 TEEN协议基本原理

2．3．2 TEEN协议优缺点分析

2．4 EEUC协议

2．4．1 EEUC协议的基本原理

2．4．2 EEUC协议的性能分析

2．5 本章小结

第3章 基于网格的非均匀分簇算法

3．1 引言

3．2 算法相关模型及假定

3．2．1 通信能耗模型

3．2．2 网络模型及假定

3．3 算法基本思想

3．4 算法描述

3．4．1 虚拟网格的划分

3．4．2 簇头竞争

3．4．3 非均匀分簇

3．4．4 簇间多跳传输

3．5 实验参数设置

3．6 实验结果与性能分析

3．6．1 网络生命周期比较

3．6．2 节点剩余能量比较

3．6．3 簇头个数比较

3．6．4 簇头到基站的平均时延比较

3．6．5 能量消耗比较

3．6．6 参数感知半径匙的影响

3．6．7 网络规模对生存周期的影响

3．7 本章小结

第4章 基于网格的二次消除冗余的非均匀分簇算法

4．1 引言

4．2 算法基本思想

4．3 算法描述

4．3．1 监测区域中虚拟网格的划分

4．3．2 定义

4．3．3 首次消除冗余

4．3．4 二次消除冗余

4．3．5 簇头竞争

4．3．6 簇间多跳传输

4．4 仿真参数设置

4．5 实验结果分析与比较

4．5．1 网络生命周期比较

4．5．2 网络中激活节点数比较

4．5．3 能量消耗比较

4．5．4 子网格边长l的不同产生的影响

4．5．5 网络规模对生命周期的影响

4．6 本章小结

结论

参考文献

附录A 攻读学位期间发表的学术论文目录

致谢