基于固定分區(qū)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇路由算法研究.pdf

1、近年來，物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Thing， IOT）是一個(gè)炙手可熱的話題。作為物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)之一的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Networks，WSNs），在物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)化的浪潮中也得到了快速的發(fā)展。作為一門融合了智能傳感、無線通信、嵌入式系統(tǒng)等多門技術(shù)的新興的信息獲取和處理技術(shù)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)有著廣闊的應(yīng)用前景，但對(duì)其的理論研究和應(yīng)用拓展還有待進(jìn)一步深入發(fā)掘。目前，學(xué)者的研究主要集中在同構(gòu)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域

2、。然而在實(shí)際應(yīng)用中，所需要面對(duì)的是一個(gè)錯(cuò)綜復(fù)雜的環(huán)境，這就需要在理論研究中引入一個(gè)更接近實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)模型——異構(gòu)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Heterogeneous Wireless Sensor Networks，HWSNs）。不同于同構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，在HWSNs中，節(jié)點(diǎn)可能在配備能量、計(jì)算能力、處理任務(wù)等方面都存在差異。
　　在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，由于節(jié)點(diǎn)的資源極為有限，因此如何實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)能量高效、安全可靠是研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。路由算法對(duì)提高網(wǎng)絡(luò)能效、

3、數(shù)據(jù)安全等都有重要作用，因此也是研究的熱點(diǎn)。分簇網(wǎng)絡(luò)模型能有效地控制網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，可靠地傳輸?shù)據(jù)信息，顯著地延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)壽命。本文在HWSNs網(wǎng)絡(luò)模型上，深入研究了分簇路由算法對(duì)網(wǎng)絡(luò)能量有效性、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性等方面的影響，并提出了一種新的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)分簇模型以及運(yùn)行于其上的能量有效路由算法。本文研究的主要工作包括以下幾個(gè)方面：
　　第一、深入研究典型的分簇路由算法。學(xué)者們提出的典型的分簇路由算法有LEACH、SEP、DEEC和EDFM等，它們或針

4、對(duì)同構(gòu)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)提出，或針對(duì)異構(gòu)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)提出，都表現(xiàn)出了較好的能量有效性和數(shù)據(jù)傳輸效率。盡管如此，它們還是存在缺陷，主要體現(xiàn)在簇首選擇的機(jī)制上。因?yàn)椴捎秒S機(jī)動(dòng)態(tài)的方式選擇簇首，所以在均衡節(jié)點(diǎn)負(fù)載的同時(shí)，也造成了簇首數(shù)目高度動(dòng)態(tài)變化。這樣造成的后果就是網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟恢痹谧兓?，并且若沒有選出簇首，則整個(gè)網(wǎng)絡(luò)就會(huì)處于暫時(shí)失效狀態(tài)。
　　第二、提出新的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)分簇模型。針對(duì)以上提到的缺陷，提出了一種基于固定分區(qū)的分簇網(wǎng)絡(luò)模型。通過對(duì)

5、這種分簇網(wǎng)絡(luò)模型的建模，提出一種新的分簇路由算法FZCP（Fixed Zone Clustering Protocol，F(xiàn)ZCP）。在FZCP算法中，監(jiān)測(cè)區(qū)域被劃分為固定的小區(qū)。同時(shí)，考慮了節(jié)點(diǎn)的剩余能量和節(jié)點(diǎn)的能耗速度兩個(gè)因素，采用基于剩余能量和節(jié)點(diǎn)分布的代價(jià)函數(shù)來選擇簇首。這樣做的好處是網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞€(wěn)定，數(shù)據(jù)傳輸效率高，同時(shí)有效地延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)壽命。
　　第三、對(duì)比驗(yàn)證了FZCP算法。為了驗(yàn)證算法的正確性和可靠性，在MATLAB2007