無線傳感器網(wǎng)絡(luò)層次型非均勻分簇路由協(xié)議研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的能量通常十分有限，因此如何最大限度地延長網(wǎng)絡(luò)生命周期是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議設(shè)計(jì)的首要目標(biāo)。分簇結(jié)構(gòu)是一種能量高效的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，因此基于分簇的路由協(xié)議是目前無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的一個重要研究方向，主要包括分簇算法和路由算法兩個方面。由于傳感器節(jié)點(diǎn)的無線通信能力同樣十分有限，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通常采用多跳的數(shù)據(jù)傳輸方式。但是，多跳傳輸方式會造成節(jié)點(diǎn)能量消耗不均衡，引起“熱區(qū)”問題。雖然簇頭輪換機(jī)制可以均衡節(jié)點(diǎn)負(fù)載，但并不能解決“熱

2、區(qū)”問題。此外，頻繁的簇頭重選也會帶來大量不必要的能量消耗。
　　針對以上的問題，本文首先提出了一種基于層次的非均勻分簇算法，按照到達(dá)匯聚節(jié)點(diǎn)所需的跳數(shù)，網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)被劃分至不同的網(wǎng)絡(luò)層次。依據(jù)各層節(jié)點(diǎn)的平均剩余能量，匯聚節(jié)點(diǎn)在每個網(wǎng)絡(luò)層次中選取剩余能量較高的節(jié)點(diǎn)作為候選簇頭，并按照一個“探索”方法選取一定數(shù)量的剩余能量較低的節(jié)點(diǎn)作為額外的候選簇頭。在每個層次中通過競選的方式，由候選簇頭產(chǎn)生最終的簇頭。通過控制簇頭與簇成員的通信范

3、圍，形成規(guī)模不同的簇，越靠近匯聚節(jié)點(diǎn)的層次內(nèi)的簇的規(guī)模越小。其次，不同于傳統(tǒng)的分簇算法只以輪為單位在整個網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行周期性的簇頭重選，本文提出了在每一輪的數(shù)據(jù)傳輸階段，各個網(wǎng)絡(luò)層次以不同頻率在本層內(nèi)部進(jìn)行局部的簇重構(gòu)，越靠近匯聚節(jié)點(diǎn)的層次重新選擇簇頭的頻率就越快。仿真實(shí)驗(yàn)表明，本文提出的分簇算法能夠有效地平衡節(jié)點(diǎn)間的能量消耗和延長網(wǎng)絡(luò)生命周期。最后，在生成的簇群的基礎(chǔ)上，本文提出了一種基于代價權(quán)值的簇問路由協(xié)議。在保證網(wǎng)絡(luò)覆蓋率的前提下，