无线传感器网络的低能耗分簇优化算法研究

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1、Low-powerWirelessSensorNetworksClusteringAlgorithmforOptimizationCandidatePengZhiqiangSupervisorWangLingjiao(AssociateProfessor)CollegeCollegeofInformationEngineeringProgramElectronicsandCommunicationsEngineeringSpecializationwirelesssensornetworkDegreeMasterofEngineeringUniversityXiangtan

2、UniversityDateMay25,2016湘潭大学硕士毕业论文摘要无线传感器网络发展迅猛，现该领域的许多研究成果和应用对社会的发展有巨大的影响，在不同的领域都有较高的应用价值。但是无线传感器网络利用电池供电，节点能量有限且不能再充电，因此如何实现网络能量均衡、降低能耗、延长网络生命周期和高效传输数据的路由技术显得特别重要。本文分析了传感器网络的研究现状以及几种改进型的LEACH协议。得知目前低能耗的分簇协议有些不足：网络簇群不均、簇群内各节点能量消耗不均等问题，导致部分节点消耗能量过多，整个网络生命周期也大大缩短。为了改善现有分簇路由协议所导致的节点生命周期短、能量利

3、用率低的问题，本文在LEACH的基础上作了一些改进延长网络生命周期。本文的创新性工作是：基于能量和距离、节点位置因子，模糊控制原理，设计了两种低能耗分簇路由算法，一是基于权重的NPCHS-Leach协议簇头选取策略优化研究，二是基于模糊控制的LEACH改进协议。具体工作内容如下：1)提出的基于权重的NPCHS-Leach协议主要针对LEACH协议作出了改进。节点当前能量总和、以及距离基站的距离、节点当选簇头次数以及节点侦听密度等因素都是NPCH-Leach协议在簇头选举考虑的关键因子，通过计算得出各因子占的比重，优化选举公式，选取出最合理的簇头节点。通过仿真结果分析，NPC

4、HS-Leach协议对比LEACHE协议在生命周期方面有了明显的改进。2)LECP-FC协议是基于模糊控制理论提出来的，通过分析LEACH和改进的LEACH协议，它们在选取簇头时存在很多不足之处，基于此提出LECP-FC算法。LECP-FC算法经过两层筛选，阈值公式加入了距离、节点侦听密度和簇头次数因子，使得选择出来的簇头剩余能量更大，节点负载均衡，簇头与基站更方便通信，簇头生存时间更长。且簇间传输数据并不是传统的单跳传播方式，而是采用多跳通信方式，避免了边缘簇头节点与基站远距离通信所产生的高能耗。最后通过仿真实验验证算法性能，LECP-FC算法性能明显优于LEACH算法和

5、NCHS-Leach算法,能够使网络寿命优化76%。关键词：无线传感器网络、分簇协议、模糊控制、能耗、LEACH协议I湘潭大学硕士毕业论文AbstractWiththerapiddevelopmentofwirelesssensornetworks,manyofitsresearchachievementsandapplicationshavepromotedsocialdevelopment,andhavegreatvalueofutilizationindifferentfields.However,wirelesssensornetworkshavethecharac

6、teristicsofbattery-powered,limitedenergyandunablerechargingofnode,Therefore,whatwepursueishowtoobtainaroutingtechnologyforbalancingenergynetwork,reducingenergyconsumption,prolongingthenetworklifecycleandrealizingefficientdatatransmission.Inthispaper,thecurrentresearchstatusofwirelesssensor

7、networkandseveralimprovedLEACHprotocolareanalyzed.Itisfoundthattherearesomeshortcomingsincurrentlow-powerclusteringprotocol.Asymmetricalnetworkclusters,theenergyconsumptioninequalityofeachnodeandotherissuesmakesomenodesconsumetoomuchenergy,whichhaveagreatinflu