無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇路由協(xié)議及其應(yīng)用研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSNs)是由大量無線傳感器節(jié)點(diǎn)組成，分布在一定區(qū)域內(nèi)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間通過無線通信鏈路以自組織的形式組成一個(gè)完整的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其主要功能是感知環(huán)境信息，信息經(jīng)過處理后傳遞至用戶。由于無線傳感器節(jié)點(diǎn)通常采用電池供電并且應(yīng)用環(huán)境條件復(fù)雜，很難對節(jié)點(diǎn)的能量進(jìn)行補(bǔ)充。所以，傳感器網(wǎng)絡(luò)研究面臨的首要挑戰(zhàn)是如何高效使用每個(gè)節(jié)點(diǎn)的有限能量并且延長網(wǎng)絡(luò)的生存時(shí)間。
　　本文在以下幾個(gè)方面作了研究：
　　第一，作為能量有效、基于層

2、次結(jié)構(gòu)的路由協(xié)議的典型代表，LEACH協(xié)議存在的不足表現(xiàn)為網(wǎng)絡(luò)中會(huì)出現(xiàn)極大簇和極小簇并存；當(dāng)節(jié)點(diǎn)能量不同時(shí)簇頭選擇不合理；在簇頭死亡后簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)仍會(huì)消耗能量。本文提出了一種基于LEACH改進(jìn)算法，使用引入簇成員數(shù)門限和合并極小簇的方法避免極大簇和極小簇同時(shí)存在；通過對簇頭能量消耗的估計(jì)，在簇頭能量耗盡前使成員節(jié)點(diǎn)休眠來減少節(jié)點(diǎn)能量浪費(fèi)。分析和仿真結(jié)果表明，改進(jìn)后的算法在平衡節(jié)點(diǎn)能量和延長網(wǎng)絡(luò)壽命方面具有更優(yōu)越的性能。
　　第二，在基

3、于博弈理論的協(xié)作策略模型基礎(chǔ)上，定義了節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的代價(jià)函數(shù)和利益函數(shù)，通過節(jié)點(diǎn)的支付函數(shù)建立了節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包數(shù)量與能量之間的關(guān)系，其目標(biāo)是建立一種網(wǎng)絡(luò)協(xié)作模型，實(shí)現(xiàn)均衡節(jié)點(diǎn)能耗，從而延長網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間。模型通過能量因子和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包數(shù)量來調(diào)節(jié)節(jié)點(diǎn)行為，均衡網(wǎng)絡(luò)的整體能耗。在此基礎(chǔ)上，提出一種基于協(xié)作模型的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇路由協(xié)議DCACM。通過增加協(xié)作節(jié)點(diǎn)對簇頭數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，有效降低簇頭能耗。
　　第三，在綜合考慮無線傳感器網(wǎng)絡(luò)

4、中節(jié)點(diǎn)運(yùn)行方式、節(jié)點(diǎn)初始概率和信道偵聽的基礎(chǔ)上，提出了一種基于最優(yōu)搜索模型的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇路由協(xié)議DCOS，并給出了相應(yīng)的搜索模型。模型的目標(biāo)是使成功通信的概率在搜索資源受限制條件下達(dá)到最大值。分簇算法的設(shè)計(jì)目標(biāo)是均衡網(wǎng)絡(luò)能耗，進(jìn)而最大化網(wǎng)絡(luò)壽命。在分簇算法中，簇頭的產(chǎn)生綜合考慮了覆蓋網(wǎng)絡(luò)的最少節(jié)點(diǎn)數(shù)、節(jié)點(diǎn)剩余能量和相鄰節(jié)點(diǎn)數(shù)量；在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行過程中，通過設(shè)置簇頭的等待時(shí)間上限來避免簇頭消耗能量；通過設(shè)置節(jié)點(diǎn)門限，避免在分簇處理時(shí)的能耗