分簇算法中簇首分布及可靠性問題研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Network簡稱WSN)是當(dāng)前在國際上備受關(guān)注的、涉及多學(xué)科高度交叉、知識高度集成的前沿?zé)狳c研究領(lǐng)域。WSN通過部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的傳感器節(jié)點，采集網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域內(nèi)感知對象的信息，以多跳的無線通信方式，將收集、處理后的信息提供給終端用戶。WSN不需要固定的網(wǎng)絡(luò)支持。具有快速展開，抗毀性強等特點，可廣泛用于軍事，商業(yè)，醫(yī)療救護，環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域。 與傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)相比，傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點分布稠

2、密、易失效、節(jié)點資源有限、難以獲得全局信息，因此傳統(tǒng)的路由算法并不適合傳感器網(wǎng)絡(luò)，必須針對傳感器網(wǎng)絡(luò)的特性研究新的路由機制與算法。從而設(shè)計能夠有效節(jié)約能源，延長網(wǎng)絡(luò)生命周期的路由協(xié)議成為了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究的一個重點。 在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，為了降低節(jié)點能量消耗，并提高網(wǎng)絡(luò)的可擴展性及可靠性，通常采用分級方式控制網(wǎng)絡(luò)，即采用網(wǎng)絡(luò)分級結(jié)構(gòu)。在分級結(jié)構(gòu)中，網(wǎng)絡(luò)被劃分為簇，簇由簇首節(jié)點和成員節(jié)點組成。簇首負責(zé)管理簇內(nèi)成員節(jié)點，并協(xié)調(diào)簇內(nèi)

3、成員節(jié)點工作。對感知數(shù)據(jù)進行融合、轉(zhuǎn)發(fā)。簇首可以預(yù)先指定，也可以通過分簇算法選舉產(chǎn)生。 學(xué)術(shù)界對Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的研究比WSN要早。目前已經(jīng)很多針對Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的分簇路由協(xié)議被提了出來，然而，由于WSN特性不同于Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)，特別是WSN節(jié)點能量更為有限，因此針對WSN的特性，必須研究新的分簇算法。LEACFI是WSN中最早提出的分簇路由協(xié)議，它的成簇思想貫穿于其后發(fā)展出的很多分簇路由協(xié)議中，如LEACH-C，TEEN，

4、HEED等。 本文先總結(jié)歸納了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)、特點、應(yīng)用范圍。然后，重點對現(xiàn)有的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議進行了分析研究，介紹了Glomosim網(wǎng)絡(luò)仿真工具的特點及安裝過程，并進行了實驗仿真。最后綜述了幾種分簇路由協(xié)議。針對研究人員對LEACH協(xié)議簇首存在的問題分析，本文在LEACH以及LEACH-C協(xié)議的基礎(chǔ)上，利用Voronoi圖，對LEACH路由協(xié)議進行了改進。目的是盡可能地延長節(jié)點的生存期限，提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性。本文主要

5、做了如下主要工作： 簇首選擇算法的改進：首先由基站負責(zé)選出簇首，由選出的簇首構(gòu)建Voronoi網(wǎng)，形成一個簇首節(jié)點組成地骨干網(wǎng)絡(luò)。工作一段時間后，新簇首的選取僅在節(jié)點所在的Voronoi單元進行。 提出了簇首備份方案：通過合并簇首節(jié)點所在相鄰的Voronoi單元，對簇首節(jié)點進行備份。 經(jīng)過Glomosim仿真平臺的測試，這種先用集中式選擇簇首使得算法健壯性較好，而后又進行局部的簇首選舉算法，能夠很好的使選出的簇首