異構無線傳感器網(wǎng)絡非均勻分區(qū)多跳路由協(xié)議的研究.pdf

1、近年來，無線傳感器網(wǎng)絡（Wireless Sensor Network, WSN）作為物聯(lián)網(wǎng)底層網(wǎng)絡應用的基礎技術之一，受到國內(nèi)外的關注。由于WSN具有成本低、功耗小且大面積分布的特點，在安全監(jiān)控、物流倉儲、軍事戰(zhàn)爭、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療護理等領域得到廣泛的應用。然而無線傳感器網(wǎng)絡的能量、計算能力、通信能力都有限，需要采用高效的路由協(xié)議來實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的高效傳輸并降低系統(tǒng)的能量消耗。本文首先對WSN路由協(xié)議進行研究，針對EDCS算法和ESEP算法

2、在簇的形成和數(shù)據(jù)傳輸方面的缺點，提出了異構無線傳感器網(wǎng)絡非均勻分區(qū)多跳路由協(xié)議（Unequal Clustering and Multi-hop Routing Protocol of HWSN, HUCM）。
　　作者的主要研究工作與成果如下：
　　1．分析總結了幾種典型的路由協(xié)議的優(yōu)缺點；
　　2．對EDCS算法和ESEP算法進行了詳細研究，仿真分析結果表明：（1） EDCS算法在簇頭的選舉及擴展性等方面較平面路由

3、協(xié)議有一定的先進性，但同時也存在一些問題：建立的簇大小是不確定的，采取單一的單跳的數(shù)據(jù)傳輸方式，這些特點會使網(wǎng)絡能耗加大，加快網(wǎng)絡的失效；（2）ESEP算法適用于三級異構的網(wǎng)絡，未考慮剩余能量對成簇概率的影響，在簇的形成和數(shù)據(jù)傳輸方面和EDCS算法一樣還存在不足；
　　3．針對EDCS算法和ESEP算法的缺點，提出了HUCM算法：（1）在簇頭的選舉方面：改進閾值T(n)，在閾值公式中引入剩余能量、初始能量、剩余能量與平均能量的方差

4、，讓能量高的節(jié)點有更大的幾率成為簇頭；（2）計算簇頭節(jié)點與匯聚節(jié)點的距離，使距離匯聚節(jié)點較近的簇頭建立的簇要小一些，節(jié)約能量用于數(shù)據(jù)轉發(fā)工作，均衡整個網(wǎng)絡的能耗；（3）數(shù)據(jù)傳輸方式：采用簇內(nèi)單跳和簇間多跳相結合的數(shù)據(jù)傳輸方式，減少了簇頭與匯聚節(jié)點過遠采用單跳的傳輸方式帶來的能耗；
　　4．利用MATLAB對網(wǎng)絡壽命、網(wǎng)絡能耗和基站接收數(shù)據(jù)量等進行仿真，首先通過統(tǒng)計不同簇頭比例下網(wǎng)絡每輪的能耗，確定最佳簇頭比例；其次對EDCS算法和

5、HUCM算法應用于同構網(wǎng)絡和二級異構網(wǎng)絡進行仿真比較，研究異構參數(shù)m和a對網(wǎng)絡性能的影響；最后對ESEP和HUCM算法應用于三級異構網(wǎng)絡進行仿真比較。實驗結果表明：HUCM算法能有效延長網(wǎng)絡壽命，提高能量利用率。在同構WSN中HUCM算法的網(wǎng)絡運行時間比EDCS算法延長了約30％，HUCM算法的 Sink節(jié)點接收的數(shù)據(jù)量比 EDCS算法多了約27%；在二級異構WSN中，HUCM算法的網(wǎng)絡運行時間比EDCS算法延長了約15%，HUCM算法