非均勻分簇WSN路由協(xié)議的研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為多學(xué)科相互交叉的新興的研究領(lǐng)域,可以實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)和采集網(wǎng)絡(luò)分布區(qū)域內(nèi)各種監(jiān)測(cè)對(duì)象的信息,并將這些信息發(fā)送給遠(yuǎn)方的觀察者,來實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)對(duì)象的跟蹤與監(jiān)測(cè)。鑒于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通常被應(yīng)用在較為惡劣或危險(xiǎn)的環(huán)境中,節(jié)點(diǎn)一般采用能量有限的電池供電且不能隨時(shí)充電或更換電池,如何降低和平衡節(jié)點(diǎn)的能耗一直以來都是該領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)問題。合理的路由協(xié)議是節(jié)省能耗的最有效的手段,而在路由協(xié)議中,分簇路由協(xié)議最為典型,所以本文把分簇路由協(xié)議作為主

2、要研究對(duì)象,主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　 (1)首先對(duì)該領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)、關(guān)鍵技術(shù)、性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)以及具體的應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行了簡(jiǎn)要概述;總結(jié)與歸納了目前較為典型的路由協(xié)議,并對(duì)每種路由協(xié)議的優(yōu)缺點(diǎn)在多方面進(jìn)行了對(duì)比。
　　 (2)其次對(duì)典型的分簇路由協(xié)議LEACH以及在此基礎(chǔ)之上提出的較為成功的改進(jìn)方案HEED、EEUC等做了重點(diǎn)分析,并對(duì)每種路由算法目前存在的問題進(jìn)行了詳細(xì)的總結(jié)。總體來說,這些路

3、由算法都存在一定的缺陷,比如:在候選簇頭節(jié)點(diǎn)的選擇上未考慮節(jié)點(diǎn)的剩余能量以及實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中所需的最優(yōu)簇頭節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)等因素,造成簇頭節(jié)點(diǎn)能量消耗的不均衡;不論節(jié)點(diǎn)距離基站的遠(yuǎn)近均采用均勻的成簇機(jī)制和單跳的通信方式,導(dǎo)致距離基站較遠(yuǎn)的節(jié)點(diǎn)耗能較多,不利于網(wǎng)絡(luò)整體能耗的均衡性等。
　　 (3)最后鑒于以上路由算法的不足,提出了自己的改進(jìn)方案EBCA(Energy Balanced C1ustering Algorithins)。新算法EB

4、CA主要從兩個(gè)方面進(jìn)行了改進(jìn):一方面是在簇頭節(jié)點(diǎn)的確定上,引入了最優(yōu)簇頭數(shù)目和節(jié)點(diǎn)的剩余能量等參數(shù),使每輪中選中的簇頭節(jié)點(diǎn)更加合理,且簇頭節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)的能耗的均衡性更好;另一方面借鑒了非均勻分簇的思想,提出了一種新的網(wǎng)絡(luò)模型,即將節(jié)點(diǎn)隨機(jī)部署在一個(gè)環(huán)形的監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi),為了進(jìn)一步節(jié)省節(jié)點(diǎn)的能量消耗,將監(jiān)測(cè)區(qū)域劃分成大小相同的扇區(qū),然后根據(jù)節(jié)點(diǎn)到匯聚(Sink)的不同距離,構(gòu)建大小不等的簇。最后利用MATLAB仿真工具對(duì)EBCA算法與

5、已有的經(jīng)典分簇算法LEACH、HEED、EEUC,從不用的角度做了詳細(xì)的對(duì)比和分析。包括:不同的扇區(qū)個(gè)數(shù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)整體能耗的影響、簇頭節(jié)點(diǎn)能耗的均衡性、簇頭節(jié)點(diǎn)能量消耗總和、總體節(jié)點(diǎn)能耗的均衡性、不同的應(yīng)用場(chǎng)景下網(wǎng)絡(luò)生命周期以及網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)傳輸量等性能。
　　 整體的仿真結(jié)果表明,新算法提出的非均勻分簇模型可以將節(jié)點(diǎn)的能量消耗均衡的分配到每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)上,克服了剩余能量低且距離基站遠(yuǎn)的節(jié)點(diǎn)被當(dāng)選為簇頭節(jié)點(diǎn),因此EBCA算法是一種更有