無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量均衡的非均勻分簇路由協(xié)議的研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WirelessSensorNetworks，WSNs)是由大量具有有限感知、計(jì)算以及通信能力的智能設(shè)備組成的自組織網(wǎng)絡(luò)，能夠在多種復(fù)雜應(yīng)用環(huán)境快速部署，進(jìn)行有效信息收集。由于其復(fù)雜的應(yīng)用環(huán)境，外部供電困難，實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景中通常采用電池供電。因此，如何高效利用節(jié)點(diǎn)電池儲(chǔ)存能量是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能否走向?qū)嶋H應(yīng)用的關(guān)鍵。路由協(xié)議對(duì)網(wǎng)絡(luò)能效性的好壞有著重要的影響。相對(duì)于平面路由協(xié)議，層次（分簇）路由協(xié)議能夠改善網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性、提高

2、能量利用效率，但是在能量均衡方面存在一定不足。一方面，簇頭節(jié)點(diǎn)負(fù)擔(dān)較重;另一方面，近基站區(qū)域簇頭節(jié)點(diǎn)存在能量熱區(qū)問題。針對(duì)這些問題，本文側(cè)重研究了非均勻分簇、簇間多跳路由以及簇頭節(jié)點(diǎn)輪換策略對(duì)網(wǎng)絡(luò)能效性的影響。本文的主要?jiǎng)?chuàng)新如下:
　　(1)提出一種能量均衡的非均勻分簇(EnergyBalanceUnequalClustering，EBUC)路由算法。在非均勻分簇階段，算法在考慮節(jié)點(diǎn)到基站距信息的同時(shí)，引入節(jié)點(diǎn)度更好地控制候選簇頭

3、節(jié)點(diǎn)的競(jìng)爭半徑，以形成更為合理的非均勻簇結(jié)構(gòu)。簇頭節(jié)點(diǎn)選擇過程中，各候選簇頭節(jié)點(diǎn)根據(jù)各自“簇頭適應(yīng)值”(ClusterAdaptiveValue，CAV)大小競(jìng)爭選出簇頭節(jié)點(diǎn)。“簇頭適應(yīng)值”綜合考慮候選簇頭節(jié)點(diǎn)剩余能量以及候選簇頭節(jié)點(diǎn)到其鄰居節(jié)點(diǎn)的距離信息。剩余能量高且到鄰居節(jié)點(diǎn)平均距離小的候選節(jié)點(diǎn)具有較大的“簇頭適應(yīng)值”即有較大的概率成為簇頭節(jié)點(diǎn)。在簇間多跳路由階段，根據(jù)簇頭節(jié)點(diǎn)剩余能量、簇成員節(jié)點(diǎn)數(shù)量以及相對(duì)基站的位置信息構(gòu)成的成本

4、函數(shù)，每個(gè)簇頭節(jié)點(diǎn)從鄰居簇頭節(jié)點(diǎn)集合中選擇成本函數(shù)值最小的簇頭節(jié)點(diǎn)為其中繼節(jié)點(diǎn)。仿真結(jié)果表明，EBUC路由算法能夠有效地減少和均衡節(jié)點(diǎn)能量消耗，延長網(wǎng)絡(luò)生命周期。
　　(2)針對(duì)WSNs中基于時(shí)間驅(qū)動(dòng)的全網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)輪換策略導(dǎo)致的如輪換周期難以確定以及不必要的能量消耗等問題，提出一種基于拍賣機(jī)制的區(qū)域簇頭節(jié)點(diǎn)輪換(AuctionbasedLocal-areaClusterheadRotation，ALCR)策略。為了減少拍賣的通信開