基于能量优化的无线传感器网络非均匀分簇路由算法研究

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无线传感器网络(Wireless Sensor Network,简称WSN)是一种由大量微型传感器节点组成的面向任务的无线自组织网络。其中,路由问题作为WSN中的关键技术之一,已吸引了各学术界和工业界的广泛研究。设计WSN的路由算法必须在考虑到单一节点能耗的基础上均衡整个网络的能耗。本论文主要讨论、研究WSN关键技术中的路由问题,分析了典型分簇路由算法LEACH的优点和不足,并提出了改进算法。本文所做的主要工作有:1)在WSN基础知识的背景之上,对典型分簇路由算法LEACH进行了研究,分析了算法的优点和不足之处。2)针对LEACH算法的三点不足,分别进行算法改进,提出了非均匀分簇多跳路由算法UCMR算法。3)通过仿真实验对UCMR算法和LEACH进行对比,并分析了UCMR算法的性能表现。UCMR算法对LEACH的改进主要有如下三点:1)设置竞争半径与等待计时的簇头竞选机制。UCMR采用一种新的簇头竞选过程,首先选取候选簇头,将节点剩余能量作为计时等待的计算参数,通过等待与计时广播竞争成为簇头。2)给出了具体的数据融合算法。UCMR采用基于主成分分析算法的数据融合技术,让簇头传送数据之前先进行数据融合,簇头只发送压缩后的数据。3)通过权值设置簇间多跳路由机制。为簇头节点设置权值,通过权值选择中继节点,让簇头通过优化的路由将数据以多跳的方式发送到基站。最后,实验仿真结果表明UCMR算法能有效均衡WSN中的传感器节点能耗,优化网络能量,显著地延长了网络的生存周期。本文算法的研究对于今后针对LEACH算法的改进具有一定的借鉴意义。
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