基于非均勻分簇的WSNs路由協(xié)議的研究與設(shè)計(jì).pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)中一個(gè)新的研究領(lǐng)域。隨著近幾年的發(fā)展，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)逐漸得到行業(yè)和學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注，并且在軍用和民用領(lǐng)域都有巨大的應(yīng)用前景?，F(xiàn)今無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中最受關(guān)注的話題是路由協(xié)議的研究。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的最大特點(diǎn)是傳感器節(jié)點(diǎn)能量有限，因此在設(shè)計(jì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議時(shí)，首先要考慮的問題是能量有效利用，以延長網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間。 本文首先分析了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀。以目前研究最為廣泛的分簇路由協(xié)

2、議為切入點(diǎn)，詳細(xì)對比分析了各種分簇路由協(xié)議的優(yōu)缺點(diǎn)，總結(jié)得出：以非均勻分簇為基礎(chǔ)，采用混合式簇首選舉方法，簇內(nèi)單跳通信，簇間動(dòng)態(tài)使用多跳路由的路由協(xié)議能量有效性更好。文中對一個(gè)典型的均勻分簇路由協(xié)議(Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy，LEACH)和三個(gè)不同時(shí)期、有代表性的非均勻分簇路由協(xié)議(Unequal Clustering Size，UCS；Energy-Efficient Uneve

3、nClustering，EEUC；Unequal Scaled energy-efficient Clustering Routing，USCR)進(jìn)行了重點(diǎn)分析，找出其算法存在的缺陷，有針對性的提出改進(jìn)方案，并在此研究的基礎(chǔ)上提出了一個(gè)基于非均勻分簇的低能耗路由協(xié)議(Energy Efficient RoutingProtocol base on Uneven Cluster，EERPUC)。 EERPUC協(xié)議的設(shè)計(jì)工作重點(diǎn)主

4、要有以下四點(diǎn)： 1、感知區(qū)域的劃分：以基站為圓心采用等差數(shù)列把整個(gè)感知區(qū)域劃分為大小不等的圓環(huán)，低能耗實(shí)現(xiàn)非均勻分簇。 2、選擇簇首的標(biāo)準(zhǔn)：改進(jìn)以往分簇協(xié)議選擇簇首時(shí)只考慮簇首相對位置(UCS)或者只考慮節(jié)點(diǎn)剩余能量(EEUC、USCR)。綜合考慮節(jié)點(diǎn)剩余能量和離所在圓環(huán)中心線的距離，為每個(gè)節(jié)點(diǎn)確定其成為簇首的競爭能力，優(yōu)化簇首的選擇。 3、路由構(gòu)建：改進(jìn)了EEUC的路由算法，在比EEUC路由算法不增加額外開銷的

5、前提下為簇首節(jié)點(diǎn)構(gòu)建備用路由，使簇首節(jié)點(diǎn)的下一跳節(jié)點(diǎn)是可選擇的集合，避免簇首采用固定路徑傳輸數(shù)據(jù)造成傳輸路徑上的節(jié)點(diǎn)能耗過快，均衡網(wǎng)絡(luò)能耗。 4、算法健壯性：基站設(shè)置重構(gòu)計(jì)時(shí)器處理簇首意外死亡的情況，保證網(wǎng)絡(luò)正常采集、傳輸數(shù)據(jù)。 EERPUC協(xié)議引入能量預(yù)測機(jī)制，以節(jié)點(diǎn)能量為標(biāo)準(zhǔn)決定何時(shí)重新成簇，并且在感知區(qū)域劃分中首次提出采用等差數(shù)列控制簇的大小低能耗實(shí)現(xiàn)非均勻分簇。在簇首選擇中綜合了能量和位置因素優(yōu)化簇首的選舉，簇