基于特征距離和剩余能量的移動(dòng)傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇算法的研究與改進(jìn).pdf

1、近幾十年來(lái)，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)以低廉的價(jià)格、獨(dú)特的性能和靈活性帶來(lái)了廣闊的應(yīng)用前景，當(dāng)前，一種特殊的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)——移動(dòng)傳感器網(wǎng)絡(luò)正以它移動(dòng)靈活、快速部署的優(yōu)勢(shì)迅速在各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域推廣，也吸引了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的關(guān)注。移動(dòng)傳感器網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)靈活性在給人們帶來(lái)方便的同時(shí)，也給相關(guān)研究工作帶來(lái)巨大的困難，主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面:(1)網(wǎng)絡(luò)資源有限的現(xiàn)實(shí)約束;(2)移動(dòng)性引起的通訊狀態(tài)頻繁變化。它們帶來(lái)的不利影響主要表現(xiàn)為:網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、時(shí)延、路由的頻繁

2、變化，嚴(yán)重的數(shù)據(jù)丟包，網(wǎng)絡(luò)資源不合理的使用，能量消耗的不平衡等。如何針對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源約束和隨機(jī)移動(dòng)性困擾對(duì)移動(dòng)傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇算法進(jìn)行設(shè)計(jì)以提高系統(tǒng)性能成為眼下迫切需要解決的問(wèn)題。為解決該問(wèn)題，本文基于特征距離和剩余能量?jī)蓚€(gè)方面，對(duì)移動(dòng)傳感器網(wǎng)絡(luò)的分簇算法進(jìn)行了研究，在本文提出的相關(guān)算法下，系統(tǒng)的性能得到有效提高。
　　本文首先分析了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)、體系結(jié)構(gòu)、路由協(xié)議，并對(duì)當(dāng)前國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行分析，指出當(dāng)前對(duì)大多數(shù)路由協(xié)議的研究

3、是基于靜態(tài)傳感器網(wǎng)絡(luò)。隨著移動(dòng)傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，節(jié)點(diǎn)的動(dòng)態(tài)性得到關(guān)注，而應(yīng)用于靜態(tài)傳感器網(wǎng)絡(luò)中的路由協(xié)議不再適用于移動(dòng)傳感器網(wǎng)絡(luò)。本文在對(duì)移動(dòng)傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展及國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行分析之后，得出當(dāng)前對(duì)移動(dòng)傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究主要分為兩類(lèi)，一類(lèi)針對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源，一類(lèi)針對(duì)系統(tǒng)移動(dòng)性，還沒(méi)有文獻(xiàn)綜合這兩方面對(duì)分簇算法進(jìn)行研究。針對(duì)以上問(wèn)題，本文首先提出了基于剩余能量比的分簇算法，該算法的優(yōu)點(diǎn)是能保證每簇中擁有較多剩余能量的節(jié)點(diǎn)被選為簇頭，避免能量少的節(jié)

4、點(diǎn)當(dāng)選簇頭后造成系統(tǒng)局部癱瘓;其次，本文提出基于特征距離和剩余能量差比率的分簇算法，先引入ACM策略進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)資源優(yōu)化管理，降低移動(dòng)性對(duì)系統(tǒng)性能的影響，然后設(shè)計(jì)剩余能量差比率，通過(guò)簇中各節(jié)點(diǎn)與當(dāng)前簇頭以及整個(gè)網(wǎng)絡(luò)平均剩余能量之間的能量差距比較來(lái)選取簇頭，保證所選取簇頭生命周期最長(zhǎng)，從而延長(zhǎng)系統(tǒng)壽命，本文還引入特征距離，使移動(dòng)傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)所形成的相鄰簇頭之間距離近似為特征距離，避免了其它分簇算法中簇頭分布不均勻所導(dǎo)致的系統(tǒng)能量消耗不平衡的

5、問(wèn)題，優(yōu)化了網(wǎng)絡(luò)能量，提高系統(tǒng)能量效率和壽命。最后，本文通過(guò)NS2網(wǎng)絡(luò)仿真軟件對(duì)上述算法進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了算法的有效性。
　　論文共分為六章，第一章，介紹了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)、體系結(jié)構(gòu)和路由協(xié)議，分析了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和當(dāng)前國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀。第二章，介紹了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的幾種常用的靜態(tài)路由協(xié)議，分別為L(zhǎng)EACH、LEACH-C、LEACH-F協(xié)議，同時(shí)介紹了移動(dòng)傳感器網(wǎng)絡(luò)中的基于計(jì)數(shù)方式的ACE-C

6、協(xié)議和基于固定參考點(diǎn)的ACE-L協(xié)議。第三章，詳細(xì)介紹了移動(dòng)傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于剩余能量比的分簇算法，使得能量高的節(jié)點(diǎn)優(yōu)先當(dāng)選為簇頭，提高了網(wǎng)絡(luò)的生命周期。第四章，介紹了移動(dòng)傳感器網(wǎng)絡(luò)中結(jié)合特征距離和剩余能量差比率的分簇算法，該算法在ACM策略進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)資源管理的基礎(chǔ)上，通過(guò)剩余能量差比率設(shè)計(jì)，保證所選取簇頭生命周期最長(zhǎng)，延長(zhǎng)了網(wǎng)絡(luò)壽命，通過(guò)特征距離使簇頭均勻分布，平衡了網(wǎng)絡(luò)能耗，提高了系統(tǒng)能效。第五章通過(guò)NS2仿真軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證