试论无线传感器网络分簇路由算法研究

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1、山东师范大学硕士学位论文无线传感器网络分簇路由算法研究姓名：张德跃申请学位级别：硕士专业：计算机应用技术指导教师：杨峰20080408山东师范大学硕七学位论文摘要无线传感器网络是一种全新的信息获取、信息处理和传输技术，通常包含大量的可自组织成多跳无线网络的分布式传感器节点。无线传感器网络具有组网快捷、灵活，且不受有线网络约束的优点，可用于紧急搜索、灾难救助、军事、医疗等环境中，具有广阔的应用前景。无线传感器网络己经引起了学术界和工业界的高度重视，被称为是21世纪最有发展前景的技术之一。与传统的无线网络相比，无线传感器网络有能量约束、冗余高的低数据率数据和多对一的数据流等特点。能量有效性是

2、无线传感器网络的主要性能指标。根据对无线传感器网络能量管理策略的分析，影响能量消耗的主要因素有：感知数据、数据处理和无线电通信，其中无线电通信是能量消耗的最主要的环节。无线传感器网络能量有效性的实现虽然可以在通信协议栈的不同层加以改进，但由于基础物理层的局限，改进主要集中在网络层通信协议的设计与实现。研究者们一致认为，对节点分簇是无线传感器网络中节约能源的一种有效方案。本文致力于研究无线传感器网络的分簇路由算法。文章在分析和比较传感器网络路由协议的基础上，从整个网络生存时间的角度，设计出了三个独立的路由协议：一种基于原有LEACH协议的改进协议、能量异构传感器网络分簇路由算法、基于非均匀

3、分簇的多跳路由算法。为了验证所做的工作的效能，文中使用网络仿真工具NS一2．27对以上三种协议进行功能验证和性能考察。本文的主要工作和创新点可以分为以下几个方面：1、在广泛查阅国内外相关资料的基础上，对无线传感器网络体系结构和特点进行了研究，对现存的无线传感器网络路由协议进行了深入分析。2、对现有的传感器网络路由协议进行分类和比较。根据不同应用对传感器网络各种特征的敏感程度，将现有的路由协议进行了分类并对主要路由协议进行了详细的分析；此外，文章还从传感器网络路由协议性能角度对现有的协议进行了比较，同时发现基于簇的路由协议要比其它协议节能效果更好，能有效的平衡整个传感器网络的能量，延长整个

4、网络的生存时间。3、基于原有的LEACH协议提出一种改进协议。本文在LEACH协议的基础上，改进了簇首选举和簇形成过程，提出一个自适应分布式算法ADCP。在簇首选举阶段，根据节点的现有能量和节点周围的密度选出多个候选节点；在簇形成阶段，一般节点根据其与候选簇首节点的距离和负载是否平衡选择加入哪个簇。这种算法仅使用局部信息，能够近似平均的分配簇首节点；并且ADcP是分布式的，能量有效的。实验结果表明，使用ADCP的网络生命周期远远长于使用LEACH协议的网络。这种算法可以较好的应用于周期性的采集数据。4、提出一种能量异构传感器网络分簇路由算法EHC。在实际应用中，并不是所有的传感器节点都是

5、同构的，所以本文针对能量异构传感器网络提出EHC。此协议中提出了一种簇首竞争机制，控制开销较小，并能保证簇首在网络中的均匀分布；引入了新的簇首竞争参数，可以有效处理节点能量异构问题，从而延长网络生存时间；并且本协议不需要付出额外的控制开销就具有良好的节点调度功能，避免了由于节点冗余所造成的不必要的通信山东师范大学硕上学位论文开销。实验结果表明，EHC能够很好的应用于异构传感器网络。5、提出一种基于非均匀分簇的多跳节能路由算法UCMH。针对分簇路由协议簇首间多跳通信过程中存在的“热区"问题，本文提出UC洲。其核心是用于组织网络拓扑的能量高效的非均匀分簇算法，其中候选簇首通过使用非均匀的竞争

6、范围来构造大小不等的簇。靠近基站节点的簇的规模小于远离基站节点的簇，因此靠近基站节点的簇首可以为簇间的数据转发预留能量。实验结果表明，该路由协议有效地平衡了簇首的能量消耗，并显著地延长了网络的生存时间。关键词：无线传感器网络；异构传感器网络；能量有效；分簇；NS一2．27U分类号：TP393山东师范大学硕士学位论文ABSTRACTWirelessSeIlsorN咖ork(wSMisan0VeltccllllologyoniIlf0册ationacqui血岛inf01蕊ationproces《ng觚dco砌[Ilunication．nisuSuallymadebyaconsiderable

7、锄0umofdistributed∞nsornetworknodesw11ichc锄beselfo唱锄izedimomulti-hopwirelessne俩orks．WSNc觚benet、加rkednexible锄de伍cielltly，锄disnotboundbyt11ecablene帆ork．Itc觚bc印pliediIlm觚ysceIl撕os，such罄锄e曙％cysearclling，disaSterrelieemilita