简析分层无线传感器网络分层聚类路由算法集

摘要：无线传感器网络是由部署在监测区域的大量微型传感器节点,通过无线通信方式形成的一种多跳、自组织网络系统。在无线传感器网络系统结构中,网络层负责路由的发现和维护,网络层的路由协议对无线传感器网络的好坏有着重要的影响。无线传感器网络路由协议按照最终形成的拓扑结构,可以划分为平面路由协议和分簇路由协议。在平面路由协议中,所有节点的地位是平等的,原则上不有着瓶颈不足；其缺点是可扩展性差,维护动态变化的路由需要大量的制约信息。在分簇路由协议中,簇成员的功能比较简单,不需要维护复杂的路由信息,这大大减少了网络中路由制约的信息量,具有很好的可扩展性；其缺点是簇首结点可能会成为网络的瓶颈。所以在分簇路由协议中实现全网的能耗均衡显得尤为重要。论文的主要工作是探讨基于分簇、实现能耗均衡为出发点,寻找适应大规模网络的分层聚类路由算法。(1)针对LEACH协议的分簇有随机性、簇首分布不均匀、造成网络生命周期短的缺点,提出了基于无线传感器的分层聚类路由算法MEBC。在簇首选择阶段,提出了“竞争机制”,用于解决LEACH协议簇首分布不均匀的不足；在此基础上,将传感器节点分成不同的层次,以能耗均衡和跳数作为传输路径建立标准,通过基站的自治性和多跳传输进行路由选择；引入“中继节点”,将簇间转发数据的重心以簇首分担到中继节点,而非多簇首传感器节点与基站节点间直接传输或簇首间建立简单路径传输,将簇间转发数据的重心以簇首分担到中继节点,这样不仅可以减轻簇首的负担,而且对长距离传输拥有有较好的效果,大大延长了网络的生命周期。(2)在无线传感器网络中,能耗均衡非常重要。无线传感器网络大多以采集、监测为目的,绝大部分数据最终都会流向基站。由于源节点与目的节点的数量不对称,源节点众多而目的节点单一,这使得网络流量不均匀,越靠近基站的节点消耗的能量越多,也就形成了“热区效应”,由此能量空洞不足也就不可避开。针对这些不足,本论文在MEBC算法的基础上,引进非均匀分布对策思想,使内层拥有更多的节点。实验仿真表明,节点非均匀分布对策能有效的应对热区效应,并能实现整个网络的次优能耗均衡,有效缓解无线传感器网络中的能量空洞不足。同时,随着网络规模的扩大,并没有给非均匀分布对策带来网络生命周期的减退,较好地解决了大规模网络的部署不足。关键词：无线传感器网络论文能耗均衡论文分层论文聚类论文路由算法论文热区效应论文能量空洞论文

摘要4-5

Abstract5-9

第一章 绪论9-18

1.1 无线传感器网络的探讨背景与作用9-10

1.2 国内外探讨近况10-11

1.3 无线传感器网络概述11-16

1.3.1 无线传感器网络的组成11-14

1.3.2 无线传感器网络的关键技术14-16

1.4 探讨作用及主要工作16-17

1.5 论文组织结构17-18

第二章 无线传感器网络路由技术18-32

2.1 无线传感器网络的特点18-19

2.2 WSN路由协议分类19-29

2.2.1 平面路由协议19-21

2.2.2 分簇路由协议21-29

2.3 WSN路由协议中的能耗均衡不足29-31

2.4 本章总结31-32

第三章 无线传感器网络分层聚类路由算法32-47

3.1 引言32-33

3.2 系统描述33-36

3.2.1 竞争机制33-34

3.2.2 簇间路由规则34-36

3.3 MEBC路由算法描述36-38

3.3.1 网络初始化36-37

3.3.2 簇建立阶段37

3.3.3 簇间路由建立阶段37-38

3.3.4 数据传输阶段38

3.4 网络传输能耗浅析38-40

3.5 实验仿真40-46

3.5.1 实验设计40-41

3.5.2 网络存活节点数仿真41-43

3.5.3 首个死亡节点仿真43-44

3.5.4 网络能量消耗仿真44-45

3.5.5 簇首选择均衡差别性仿真45-46

3.6 本章小结46-47

第四章 非均匀分布对策路由算法47-62

4.1 引言47

4.2 系统模型及检测设47-49

4.3 MEBC介绍及改善49-53

4.3.1 MEBC算法介绍49-50

4.3.2 改善型算法50-53

4.4 可行性浅析53-55

4.4.1 能耗浅析53

4.4.2 网络能耗均衡的不可能性53-54

4.4.3 次优网络能耗均衡54-55

4.5 实验仿真55-61

4.5.1 实验设计55-57

4.5.2 节点剩余能量57-58

4.5.3 网络存活周期58-59

4.5.4 网络存活节点数仿真59-61

4.6 总结61-62

第五章 总结与展望62-64

5.1 探讨总结62-63

5.2 探讨展望63-64