基于分簇的無線傳感器網絡能量空洞問題研究.pdf

1、近年來隨著無線通信、集成電路、傳感器以及微型機電系統(tǒng)(MEMS)等技術的飛速發(fā)展，使得低成本低功耗、多功能的微型無線傳感器的大規(guī)模生產成為可能。由這些具有無線通信、數據采集和處理、協(xié)同合作等功能的微型傳感器組成的無線傳感器網絡(Wireless Sensor Networks，WSNs)具有非常廣闊的應用前景和研究空間。
　　 無線傳感器網絡是能量受限的網絡，如何高效節(jié)能以最大化網絡的生存周期是無線傳感器網絡研究面臨的首要挑戰(zhàn)。

2、基于監(jiān)測應用的數據收集式無線傳感器網絡具有集中式數據收集、多跳數據傳輸和多對一數據流模式的特點，這些固有的特點容易導致網絡中負載過高的節(jié)點能耗速度過快，造成能量空洞，使整個網絡過早死亡或陷于癱瘓。相關研究表明，均衡網絡各節(jié)點的能量消耗能夠高效利用網絡能量最大化網絡生存周期。
　　 本文首先介紹了目前無線傳感器網絡節(jié)能機制方面國內外的研究現(xiàn)狀，重點分析了現(xiàn)有解決無線傳感器網絡能量空洞問題的方法。其次，從理論上分析了能量空洞問題的可

3、避免性和經典的LEACH協(xié)議，指出了LEACH協(xié)議在簇頭分布不均、簇頭開銷過大以及簇頭與Sink節(jié)點單跳通信耗能過大的缺點。在分析基于負載均衡的分簇策略和基于概率向量的均勻分簇策略在解決上述問題思想方法的基礎上，給出了基于能耗均衡的非均勻分簇策略。其核心思想是通過分簇拓撲控制來提高網絡能量利用效率，均衡網絡能量消耗，解決無線傳感器網絡的能量空洞問題，延長網絡生存周期。本策略綜合考慮了簇內通信和簇間通信的相互影響，保證了簇頭節(jié)點與Sink

4、節(jié)點端到端鏈路的可靠性，提出等效距離的原則來確定簇頭節(jié)點的位置，通過數學分析建模將均衡網絡能耗、最大化網絡生存周期問題歸納為幾何規(guī)劃中標準的符號優(yōu)化問題，利用最速梯度下降法求解得到模型的最優(yōu)解來確定簇的大小。通過實驗對本策略與基于負載均衡的分簇策略和基于概率向量的均勻分簇策略進行了分析比較，結果顯示本策略能有效降低網絡能量剩余率，延長網絡的生存周期。最后通過在OPNET上搭建了基于IEEE802.15.4協(xié)議的無線傳感器網絡仿真平臺驗證