無線傳感網(wǎng)中基于非均勻梯度的分簇拓撲算法研究.pdf

1、近年來，隨著物聯(lián)網(wǎng)(InternetofThings，IOT)受到越來越多的關注，作為其重要組成部分的無線傳感網(wǎng)(WirelessSensorNetwork，WSN)也進入了飛速發(fā)展的重要時期。它是在監(jiān)控區(qū)域內(nèi)隨機部署大量微型傳感器節(jié)點，這些節(jié)點同所有鄰居節(jié)點交互后以自組織的形式構(gòu)成網(wǎng)絡，然后協(xié)同采集監(jiān)控區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)處理后傳送給監(jiān)控者。
　　路由技術是無線傳感網(wǎng)的一個關鍵技術，目前無線傳感網(wǎng)發(fā)展最大的瓶頸就是節(jié)點能量有限

2、且不易補充。因此，避免不必要的通信、均衡整個網(wǎng)絡的能耗成為路由協(xié)議設計的首要目標。目前，分層路由協(xié)議是無線傳感網(wǎng)核心的路由協(xié)議，而作為分層路由協(xié)議的基礎—分簇拓撲算法由于其能量高效和易于擴展等特點被廣泛研究和應用。
　　文中首先介紹一種基于梯度的有網(wǎng)關分簇拓撲算法HCAGG(aHierarchicalClusteringAlgorithmbasedonGradientwithGateway)，該算法引入剩余能量和到鄰居節(jié)點的平均距

3、離構(gòu)造權值，且在二者之間引入自適應系數(shù)進行動態(tài)調(diào)節(jié);另外，根據(jù)梯度在簇頭之間選擇最優(yōu)網(wǎng)關，降低遠距離數(shù)據(jù)傳輸?shù)暮哪?。但在該算法中，靠近基站的簇頭不僅要接收本簇簇成員節(jié)點發(fā)送來的數(shù)據(jù)，還要轉(zhuǎn)發(fā)其他簇發(fā)送來的數(shù)據(jù)，容易因負載過重而過早失效，從而導致數(shù)據(jù)傳輸中斷。
　　針對HCAGG中存在的問題，本文提出一種基于非均勻梯度的分簇拓撲算法CTAUG(aClusteringTopologyAlgorithmbasedonUnevenGrad

4、ientinWSN)。該算法考慮節(jié)點剩余能量、鄰居節(jié)點個數(shù)、到鄰居節(jié)點的平均距離和到梯度中心線的距離來構(gòu)造綜合權值，使選出的簇頭分布更加合理;同時，用層次分析法來確定各個因素的權系數(shù)，減小人為因素的干擾;另外，基于非均勻梯度的思想對簇成員入簇的策略進行改進，使得靠近基站的簇的規(guī)模小于遠離基站的簇的規(guī)模，為簇間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)預留更多能量，從而使整個網(wǎng)絡的能量消耗較為均衡，能有效延長網(wǎng)絡的生存期。本文還給出基于CTAUG的局部維護與更新算法，可