无线传感器网络分簇算法的研究

论文摘要

无线传感器网络综合了传感器技术、计算和通信技术,成为计算机科学领域一个活跃的研究分支。在无线传感器网络体系结构中,网络层的路由技术对无线传感器网络的生命周期至关重要。分簇路由算法具有拓扑管理方便、能量利用高效、数据融合简单等优点,成为当前重点研究的路由技术。本文首先介绍了几种典型的平面路由算法和分簇路由算法,详细分析了它们的优缺点,总结了分簇路由算法的优越性和待改进的地方。然后重点分析了最大连通度分簇算法。该算法的优点是生成簇的数目较少,分组投递时延低;但生成簇之间重叠度大,簇头节点往往负载过重,各簇头间负载极不均衡。针对这些问题,本文设计了一种基于最大连通度的双簇头分簇算法:MAXD-TH。该算法优化了簇头选取,同时网关节点作为另一簇头分担一部分节点,既保持了原算法分组投递时延少的优点,又减少了负载过重的簇头节点的负担。通过仿真实验验证,MAXD-TH显著延长了网络生命周期。但是,MAXD-TH并没有考虑原算法簇重叠度大的问题,针对这一问题,本文设计了一种基于最大连通度的信息更新簇划分算法:MAXD-IU。该算法通过更新节点连通度和根据连通度设置定时器有效地降低了簇的重叠度,并且没有增加簇头数目,保持了原算法的优点。最后,详细研究了LEACH算法,设计了一种基于LEACH的能量自适应非均匀分簇算法:LEACH-EU。该算法在选取簇头的过程中,考虑当前节点的能量因素来均衡网络能量分布;同时,根据节点能量设置定时器,避免簇头节点相距过近;此外,在单跳方式下引入非均匀分簇思想,综合节点连通度以及节点与基站的距离确定成簇半径,使得距离基站远的簇头管理较少的节点。仿真结果证明改进算法很好地达到均衡网络的能量消耗和延长系统生命的目的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 无线传感器网络概述
• 1.1.1 无线传感器网络体系结构
• 1.1.2 无线传感器网络的特点
• 1.1.3 无线传感器网络的应用
• 1.1.4 无线传感器网络的关键技术
• 1.2 本课题的研究目的和意义
• 1.3 本文的主要工作
• 1.4 本文的组织结构
• 第二章 无线传感器网络的路由算法
• 2.1 无线传感器网络路由算法的特点
• 2.2 无线传感器网络平面路由算法
• 2.2.1 定向扩散
• 2.2.2 GEAR
• 2.2.3 SPIN
• 2.3 无线传感器网络分簇路由算法
• 2.3.1 LEACH 算法
• 2.3.2 LEACH 算法的改进算法
• 2.3.3 最大连通度分簇算法
• 2.3.4 其他分簇路由算法
• 2.3.5 分簇路由算法的研究现状
• 2.4 本章小结
• 第三章 基于最大连通度的双簇头分簇算法
• 3.1 最大连通度分簇算法的性能分析
• 3.2 MAXD-TH 算法概述
• 3.3 MAXD-TH 算法的详细设计
• 3.3.1 无线通信模型
• 3.3.2 数据传输和网关节点的选取
• 3.3.3 相关数据结构
• 3.3.4 按照权值大小成簇
• 3.3.5 确定辅助簇头
• 3.4 实验结果与数据分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于最大连通度的信息更新簇划分算法
• 4.1 问题的提出
• 4.2 MAXD-IU 算法概述
• 4.3 MAXD-IU 算法的详细设计
• 4.3.1 获取节点连通度
• 4.3.2 设置和更新定时器
• 4.3.3 算法流程及分析
• 4.4 实验结果与数据分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 基于LEACH 的能量自适应非均匀分簇算法
• 5.1 LEACH 算法分析
• 5.2 非均匀簇思想的引入
• 5.3 LEACH-EU 算法概述
• 5.4 LEACH-EU 算法的详细设计
• 5.4.1 簇头的选取
• 5.4.2 簇的形成
• 5.4.3 算法特点
• 5.5 实验结果与数据分析
• 5.6 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文