基于权值的无线传感器网络分簇路由改进算法研究

摘要

近年来随着传感器和无线通信技术的发展，无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSNs)技术也迅猛发展，可以把大量低成本的传感器节点分布在广阔的区域来监测感兴趣的环境。由于传感器节点能量有限，网络部署区域环境复杂，所以如何最大化网络生命周期是传感器网络面临的首要挑战。另外，在无线通信中，无线通信模块的能量主要消耗在数据包的发送和接收上。因此，如何设计网络路由机制以满足传感器网络的通信需求是传感器网络中的关键技术。
　　本文对无线传感器网络中能量有效的分簇路由算法进行了探索性研究，对基于权值的分簇路由协议提出了改进算法。本文的研究工作主要包括以下几个方面：
　　1．分析影响WSNs寿命的主要因素。路由机制是影响WSNs寿命的主要因素。直接将数据传给基站的单跳路由机制使离基站较远的节点消耗很多能量。
　　2．对分簇路由应解决的主要问题——能量有效性进行讨论。分簇路由将WSNs分成若干簇，每个簇选举出一个簇头，簇头将收到的数据进行数据融合后再传给基站。因此，在通信中，簇头的能耗率势必比其它节点的快，为了使网络的能耗平均地分摊给网络中的每个节点，簇头的选举算法是关键。
　　3．根据基于权值的分簇路由协议（Weight-based Clustering Protocol，WBCP）提出了其改进算法(Weight-based Clustering Improved Algorithm，WCIA)。WBCP在选取簇头时只考虑了节点的剩余能量和与邻居节点的平均距离，WCIA在此基础上增加了另外三种因素——节点的邻居节点数、担任过簇头的次数和能耗率，每个因素给设置了一个权系数。另外，WBCP是人为确定权系数的，缺乏合理性，WCIA引入了层次分析法，用数学方法来确定权系数，选出的权系数更真实地反映出了它们对簇头选取影响中所占的比重。
　　本文最后在 Matlab上对算法进行了仿真模拟。仿真结果表明，在低吞吐量时，较WBCP、LEACH与LEACH－C，WCIA可使网络寿命分别延长4％、13%和11%，基站收到的数据分别多6.5%、33%和10%；在高吞吐量时，较WBCP、LEACH与LEACH－C，WCIA可使网络寿命分别延长15%、39%和30%，基站收到的数据分别多10%、31%和13%。因此改进算法具有更好的能量有效性。

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第一章 引言

1.1 课题背景

1.2 课题研究现状及分析

1.3 课题研究意义

1.4 本文的主要研究工作

第二章 传感器网络概述

2.1 传感器网络体系结构

2.2 传感器网络的特点和挑战

2.3 传感器网络的关键技术

2.4 传感器网络的应用

2.5 传感器网络的性能评价

2.6 本章小结

第三章 传感器网络路由算法研究

3.1 传感器网络路由算法的特点和设计要求

3.2 传感器网络路由算法分类

3.3 分簇路由算法

3.4 本章小结

第四章 基于权值的传感器网络分簇路由改进算法

4.1 算法的提出

4.2 WBCP算法概述

4.3 基于权值的传感器网络分簇路由改进算法

4.4 算法的详细设计

4.5 本章小结

第五章 仿真实验与分析

5.1 仿真的前提假设

5.2 仿真中节点的部署

5.3 仿真环境的设定

5.4 LEACH最佳簇数分析

5.5 仿真结果及算法性能评价

5.6 本章小结

第六章 结论

致谢

参考文献

在学期间的研究成果