基于模糊逻辑控制理论的HEED分簇方案的改进与实现

摘要

在网络中的无线传感器节点的处理能力，存储容量、能源资源有限，使网络的拓扑结构，能源使用效率的问题成为制约无线传感器网络发展的瓶颈问题。如何获得一个合理的网络拓扑结构、减少节点能量消耗俨然成为无线传感网络技术中的研究热点。
　　现有的无线传感器网络分簇方案还存在许多问题，本文旨在从网络的拓扑结构、簇内均匀度以及网络的生命周期这三个方面开展分簇方案的研究，在原HEED方案的基础之上提出了一个负载均衡、能量低且分簇均匀的分簇方案HEED-F（HEED Fuzzy）。
　　方案主要进行了如下几个方面的改进：
　　（1）在分簇过程中，综合考虑节点的自身剩余能量、周围邻居节点个数、平均距离三个因素，构建模糊逻辑控制模型，用该模型计算节点的通信代价，将其作为HEED算法中簇头选择的次参数；
　　（2）簇内优化：对一次分簇后得到的各子簇进行簇头优化，即选择一个通信代价最低的节点作为最终簇头；
　　（3）多级分簇：对选出的簇头进行二次分簇后，根据能量最大准则动态选出代理的最终二级簇头，一级簇头通过单跳或多跳的方式将数据发送给代理二级簇头，并最终由二级簇头转发给sink节点，从而既降低了数据传输能耗，又延长了网络生命周期。
　　最后，在MATLAB环境中对HEED-F算法进行仿真分析。仿真结果表明，HEED-F方案能获得良好的簇内均匀度和较长的生命周期。

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第一章 绪论

1.1课题的研究背景

1.2国内外研究现状及发展趋势

1.3本文内容结构安排

第二章 无线传感器网络路由协议与应用分析

2.1路由协议分析

2.2拓扑结构控制技术

2.3分簇的特性与目标

2.4无线传感器网络典型分簇方案

2.5无线传感网络的应用分析

2.6本章小结

第三章 隶属度函数与模糊逻辑控制方案研究

3.1隶属度函数

3.2模糊逻辑控制理论

3.3模糊逻辑控制器的实现

3.4本章小结

第四章 基于模糊逻辑理论的HEED分簇方案的改进

4.1 HEED-F 相关模型与参数的设定

4.2 HEED-F分簇路由协议

4.3 HEED-F中的成簇算法

4.4 HEED-F 算法实现过程

4.5本章小结

第五章 HEED-F分簇方案的实现与结果分析

5.1仿真环境与主要内容

5.2分簇均匀度分析

5.3网络生存周期分析

5.4多级分簇结果分析

5.5本章小结

第六章 总结与展望

6.1本文总结

6.2未来工作展望

参考文献

致谢