基于分簇的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓撲控制機制研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Network，WSN)是由大量廉價、體積微小的傳感器節(jié)點以自組織的方式組成的無線網(wǎng)絡(luò)。
　　本文以拓撲控制技術(shù)為出發(fā)點，針對層次拓撲控制技術(shù)中的頻繁成簇以及簇間單跳通信造成的能耗過大問題，提出了雙輪成簇機制、選擇性簇頭交換機制、雙層分級機制以及跨級選擇機制，降低了網(wǎng)絡(luò)能耗，延長了網(wǎng)絡(luò)壽命。本文主要包括以下幾方面的工作：
　　1.本文針對頻繁成簇引起的能耗過大問題，詳細分析了分

2、簇算法中出現(xiàn)該問題的原因，提出了一種基于選擇性簇頭交換的層次拓撲控制算法BCH-HEED，引進雙輪成簇機制以及選擇性簇頭交換機制，降低網(wǎng)絡(luò)能耗，延長網(wǎng)絡(luò)壽命。由于HEED在一輪數(shù)據(jù)收集結(jié)束后都要進行一次全網(wǎng)范圍的成簇過程，過度頻繁成簇導(dǎo)致節(jié)點短時間內(nèi)成簇次數(shù)過多，過多地廣播消息，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)能耗過大，并且引起網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定，限制其應(yīng)用。BCH-HEED算法在穩(wěn)定階段引進雙輪成簇機制，使得網(wǎng)絡(luò)每兩輪數(shù)據(jù)傳輸進行一次全網(wǎng)范圍內(nèi)的成簇，同時引進選擇性

3、簇頭交換機制，在第一輪數(shù)據(jù)傳輸后使得簇內(nèi)剩余能量最高的節(jié)點擔(dān)任第二輪數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇仡^。實驗表明，在雙輪成簇機制以及選擇性簇頭交換機制的共同作用下，BCH-HEED降低了網(wǎng)絡(luò)能耗，延長了網(wǎng)絡(luò)壽命。
　　2.本文針對簇間單跳通信引起的能耗過大問題，深入分析了簇間單跳通信對網(wǎng)絡(luò)的影響，提出了基于分層簇間通信的層次拓撲控制算法TL-HEED，引入雙層分級機制和跨級選擇機制，減少了直接與基站通信的簇頭數(shù)量，在一定程度上降低了網(wǎng)絡(luò)能耗，延長了網(wǎng)

4、絡(luò)壽命。沿用LEACH算法的單跳機制使得偏遠節(jié)點與基站通信的能耗過大，不利于網(wǎng)絡(luò)壽命，而且單跳通信限制了網(wǎng)絡(luò)規(guī)模。然而，HEED只對簇頭選擇機制以及節(jié)點入簇選擇機制進行研究和改進，關(guān)于簇頭與基站間的通信，HEED并沒有提出改進。此外，包括TEEN在內(nèi)的層次拓撲控制協(xié)議也只把重點放在如何成簇以及簇內(nèi)數(shù)據(jù)通信的問題上，忽略了簇間通信的優(yōu)化。因此，研究簇間通信機制對于減少網(wǎng)絡(luò)能耗具有一定的價值。本文提出了TL-HEED算法，引入雙層分級機制，