无线传感器网络能量优化路由算法的研究

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1、东华大学硕士学位论文无线传感器网络能量优化路由算法的研究专业名称：信息与通信工程作者姓名：史雨雨指导教师：郁进明学校代码：10255学号：2131114无线传感器网络能量优化路由算法的研究ENERGYOPTIMIZEDROUTINGALGORITHMRESEARCHFORWSN学科专业：信息与通信工程论文作者：史雨雨指导老师：郁进明副教授答辩日期：东华大学学位论文原创性声明本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已明确注明和引用的内容外，

2、本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日东华大学学位论文版权使用授权书学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权东华大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本版权书。本学位论文属于不保密□。学位论文作者

3、签名：指导教师签名：日期无线传感器网络能量优化路由算法的研究摘要无线传感器网络由众多廉价、能耗低的微型传感器节点组成，传感器节点能够感知、处理监测区域内的物理信息，通过无线通信方式将获得的信息传送至汇聚节点，形成一个多跳的自组织网络。随着微电子技术、传感技术、通信技术以及嵌入式技术等学科的发展，无线传感器网络近年来已经广泛应用于军事、航空、家具、医疗等众多领域。同时，由于传感器节点能量有限，使得传感器网络也面临多种独特的挑战和约束，如何降低节点功耗，提高网络寿命是无线传感器网络所面临的一个关键问题。分簇路由协议将网络进行划分，能够降

4、低网络信息冗余，从而可以有效地节省网络能量，并且有利于分布式算法的应用。数据聚合技术将传感器节点采集到的其他节点发送的多个数据信息进行聚合处理，能够消除冗余的数据，降低无线传感器网络中的数据传输量，从而降低整个网络的能耗，适用于网络规模较大、节点数量较多的情况。所以，如何对网络进行合理地分簇、设计有效的数据传输机制对提高网络性能来说有着极重要的意义。本文以能量优化问题做为主要研究对象，较为系统地考察了传感器网络协议和路由策略。研究内容涉及动态分区成簇路由算法以及自适应数据聚合等多个方面。首先，针对传统的层次型网络存在的分簇不合理和能

5、耗不均衡等I问题，提出了一种基于能量和密度的动态非均匀分区成簇路由算法。该算法先根据节点与基站之间的距离将网络合理地进行动态的区域划分，在区域内成簇，使靠近基站的簇规模小于距离基站较远的簇，减少靠近基站的簇头负担和能量消耗，为簇间数据转发节省能量；通过综合考虑节点剩余能量和节点密度等因素来优化簇的非均匀划分和簇首的选择，簇首间采取基于数据聚合的多跳传输机制。仿真结果表明：与经典路由算法LEACH相比，该算法能够有效地均衡节点能耗，延长网络生命周期。然后，我们进而针对网络中节点数量巨大且分布范围较广的问题，提出了一种基于负载均衡和簇头

6、聚合树的自适应数据聚合路由算法，从而对基于能量和密度的动态非均匀分区成簇路由算法中簇首间数据传递路径以及数据聚合机制进一步优化。综合考虑节点距离基站的跳数、节点剩余能量、节点密度等因素，引入权值的概念，根据权值构建一个以SINK节点为根节点的树形网络，树形网络中的节点分别是各个簇的簇首，通过负载均衡因子对树形网络进行维护和更新，达到能量均衡，同时，数据在传输的过程中，节点根据聚合效益自适应地进行数据的聚合，能够减小网络数据冗余，提高网络的能量利用效率，延长网络生命寿命。最后，本文对整体的论文工作进行了总结与展望，指出了本文有待解决和

7、完善的问题及进一步开发需要开展的工作。关键词：无线传感器网络，动态区域划分，负载均衡，数据聚合IIENERGYOPTIMIZEDROUTINGALGORITHMRESEARCHFORWSNABSTRACTWirelesssensornetworks(WSNs)consistofanumberoflow-cost,low-energymicro-sensornodes.Sensornodescansenseanddealwiththephysicalinformationofmonitoringarea,whichcanbetrans

8、ferredtosinknodethroughwirelesscommunicationtoformamulti-hopadhocnetwork.Withthedevelopmentofmicroelectronicstechnolo