基于能量优化的无线传感器网络分簇算法研究

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1、分类号：ＴＰ３９１学校代码：１０６９７密级：公开学号：２０１５２０９５５＿Ｉ？士字位论文ＭＡ’ＳＴＥＲＳＤＩＳＳＥＲＴＡＴＩＯＮ基于能量优化的无线＃感器网络分襄算法研究学科名称：计算机应用技术作者：贾惠丽指导老师：范训礼教授西北大学学位评定委员会二〇一八年六月ResearchonEnergyOptimizationBasedClusteringAlgorithmforWirelessSensorNetworkAthesissubmittedtoNorthwestUniversityinparti

2、alfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterinComputerApplicationTeachnologyBy：HuiliJiaSupervisor:XunliFanProfessorJune2018摘要无线传感器网络(WirelessSensorNetwork,WSN)主要由许多具有特定功能的节点构成，这些节点以无线通信方式，借助其他硬件设施，自组织为一个完整的数据传输系统。目前，主要通过电池提供节点工作时的能源支撑；但是，其有限供给特性限定了WSN的服务周期。因此，如何在有限的能源支持下最大化

3、WSN的服务时间，是WSN技术应用领域面临的一个难点和实用性问题。针对WSN中存在的网络服务周期短、能效低、吞吐量少的问题，本文结合变异的蚁群算法，通过改善K-means的聚类效果，设计了一种KACO路由算法。首先，基于增加了变异因子的蚁群聚类方法改善了K-means的分簇结构，并改进了将K-means应用于WSN时分簇个数k的确定问题。其次，以节点的多个当前状态值为决定性因素，定义了簇首(ClusterHeader,CH)的竞争模型。最后，在数据传输阶段，通过根据节点间的状态信息，设计路由选择方法，实现动态调整传输路径。实验表明，KACO路由算法有效减

4、少了传输过程中的能量耗费，增强了WSN的服务性能。由于按照一般的K-means聚类模型对网络进行分簇时，间接的增加了网络资源的开销。因此，为了适应传感器节点资源受限的特点，本文基于优化的K-means聚类模型，并结合模糊层次综合分析（FuzzyAHP）算法，设计了一种EKFAH路由算法。首先，EKFAH在原K-means分簇模型的基础上增加了调节因子，以实现簇间能耗相对均衡的簇集划分；其次，利用FuzzyAHP方法将节点的多个状态值作为决策标准，优化簇首选择；最后，在数据传输阶段，根据传输距离、能量、跳数等因素构建节点多跳路由。实验证明，EKFAH算法对

5、增强WSN性能具备较好的有效性。关键词：无线传感器网络，分簇，K-means聚类，模糊层次综合评价方法，多跳路由IAbstractWirelessSensorNetwork(WSN)containsnumbersofsensornodeswithspecificfunctions.Thesenodesareself-organizedintoacompletedatatransmissionsystembymeansofwirelesscommunicationwithotherhardwarefacilities.However,thesensorno

6、desgenerallyusebattery-powered,makingnetworkservicessubjecttogreatrestrictionscurrently.Therefore,howtomaximizeWSNservicetimewithlimitedenergysupportisadifficultandpracticalissuethatWSNalwaysencounter.Aimingattheproblemofshortservicecycle,lowenergyefficiency,andlowthroughputinthe

7、WSN,wedesignaKACOroutingalgorithmbasedonimprovedK-meanswhichoptimizedbymutationantcolonyalgorithm.Firstly,theclusteringstructureofK-meansisimprovedbasedontheantcolonyclusteringmethodwithincreasedmutationfactor,inaddition,theproblemofhowtodeterminingthenumberkofclusterswhenapplyin

8、gK-meanstoWSNisimproved.Thenusethestatus