基于双模糊逻辑的无线传感器网络分簇算法.pdf

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1、凰应用技术基于双模糊逻辑的无线传感器网络分簇算法串林梅金苏彩红(佛山科学技术学院机械与电气工程学院)摘要：为降低无线传感器网络的能量消耗，延长网络生命周期，提出基于双模糊逻辑的无线传感器网络分簇算法(DFCP)。模糊逻辑一综合了节点剩余能量和节点与基站距离2个参数，确保输出高能量低能耗的节点竞争簇头的优势；模糊逻辑二综合了节点度与簇内平均节点能耗值2个参数，确保输出以簇为单位的局部能耗最小。簇生成阶段，基于非概率模式的延时机制保证了簇簇之间的均匀分布。通过与其他算法(LEACH、ECPF)对比，仿真结果表明：DFCP能克服LEACH协议运行下的网络簇分布不均、低能量节点担任簇头等缺

2、点，并降低网络能量消耗；当网络中节点能量不一致时，DFCP运行下的网络簇头位置分布、网络局部能耗均衡优于ECPF。关键词：无线传感器网络；分簇；双模糊逻辑；生命周期O引言头、簇头节点数目不定等缺陷。近年来，一些研究者以LEACH协议为基础，结无线传感器网络是由计算能力、存储空间、电池合智能控制算法研究无线传感器网络的分簇算法[41。能量十分有限、数目庞大的传感器节点通过无线通信模糊控制是智能控制算法的一个分支，它可以综合多方式链接形成，被广泛应用在各种传统网络设施无法个参数的作用获得一个控制输出，而无线传感器网络到达的场合Ⅲ。无线传感器网络中的节点通常用电池分簇算法中簇头选择的影响

3、参数往往不是单一的，因供电，且电池不易更换或重新充电，因此提高能量使此利用模糊逻辑可综合这些参数，获得性能良好、分用效率，延长网络生命周期成为无线传感器网络应用布均匀的簇头节点集，从而减少网络能量消耗，延长研究的一个重要课题。为此，很多研究者针对网络路网络生命周期。由协议设计进行了深入探讨，分簇算法是其中最具代表性的方法【2】。分簇算法首先通过一定机制选择簇头2012年，HodaTaheri等结合模糊逻辑提出一种能量敏感的分布式分簇协议(ECPF)[5]，涉及基于非节点集，完成网络分簇，簇头管理和控制簇内成员节点，收集簇内成员节点的感知信息并进行数据融合，概率模式的簇头选择、模糊逻

4、辑和按需簇生成3个典型技术。通过与LEACH、CHEF[2]等对比，应用于网然后将融合信息以直接方式或间接多跳方式发送至基站。此算法为网络能量的有效性提供了技术手段。络运行获得了良好的效果。但是从ECPF协议的簇头由Heinzelman提出的LEACH协议【jJ是分簇算法选择过程可知，当网络中能量最高的节点数目较多的一个典型代表，它有效减少了网络的能量消耗。时，模糊逻辑产生的低值输出的局部性能优秀的节点LEACH协议按轮运行，每轮由启动阶段和稳定运行才具有竞争簇头的权力，因此具有较高剩余能量和低阶段构成。在启动阶段，网络中的节点由概率模式决模糊输出的节点，除了在首轮簇生成阶段(首轮

5、网络定是否担任簇头节点，而普通节点选择离自己最近的中节点的剩余能量相同)，没有机会当上簇头。在簇簇头节点加入，完成分簇；在稳定运行阶段，簇内节形成阶段，普通节点通过选择模糊输出小的簇头加点感知信息并在属于自己的TDMA时隙发送至簇头，入，该机制并没有保证网络局部能量消耗最小为原则簇头将数据融合后直接发送至基站。LEACH协议延进行。长了网络的生命周期，但是基于概率模式选择簇头节在LEACH协议和ECPF协议的基础上，本文提点常常导致簇头之间的距离过近、低能量节点担任簇出一种基于双模糊逻辑的无线传感器网络分簇算法16基金项目：佛山市科技发展专项基金项目(FZ2009033、FZ201

6、0038)(DFCP)，分析影响无线传感器网络节点能耗的因据融合能量消耗的参数为EDA。如，某簇头节点接收素，结合模糊逻辑思想，设计了2个模糊逻辑：一个到，z个簇内普通节点发来的共条肚匕特长的数据包，模糊逻辑综合了节点剩余能量(i)和节点与基融合后得到的数据包长度依然为匕特，该簇头用于站距离(DI。s)，其输出值作为确定担任簇头能力强数据融合的能量消耗量为×，×A。和转发信息至基站能耗小的簇头节点候选者的依据；2基于双模糊逻辑的无线传感器网络分簇算另一个模糊逻辑综合了邻居节点数目和簇内节点发法送感知数据至簇头节点的平均能耗值(。)，其输基于分簇的层次型路由算法将无线传感器网络出值作

7、为选择网络运行局部能耗小的候选簇头节点中的节点划分为簇头节点和普通节点。因此网络的能作为簇头节点的依据。通过与LEACH协议、ECPF量消耗也简单地分成簇头节点能耗和普通节点能耗2协议对比，仿真结果表明DFCP可减少网络能量消耗，类。分簇算法的设计与优化过程需要考虑如下2个问延长网络生命周期。题：1系统模型1)簇头节点是否有足够的能量承担收集簇内成1．1基本网络模型员感知信息，进行数据融合及以最少能耗转发数据至本文所涉及的基本网络模型，普通节点感知信息基站的任务?并发