一种面向能耗均衡的WSN分簇路由算法的研究

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无线传感器网络(Wireless Sensor Networks, WSN)是21世纪最具影响力的新兴技术之一,因其应用前景广阔备受各国重视。在WSN内部分节点承担了更多的数据转发任务,造成网络能耗分布不均,引发能量空洞现象。能量空洞的出现最终导致网络中断,当网络停止工作时,网内仍存留大量能量未被利用。因此,如何均衡网络能耗负载是WSN路由机制的研究热点。本文提出一种面向能耗均衡的WSN分簇路由算法(global energybalanced routing algorithm, GEBR)算法,主要内容包括簇构建过程和簇间路由建立过程设计:1.本文提出的面向网络能耗均衡的簇算法的主要工作包括:推导WSN中最佳簇首个数,优化簇首占节点总数比例p值;节点根据自身剩余能量与节点平均能量之比、节点到基站距离与节点距离基站的平均距离之比、当轮簇首比例p等参量调节阈值T(n),降低能量低或距离远的节点当选簇首的概率;基站集中计算各簇的最佳簇半径,簇首根据各自的最佳簇半径划分簇区,达到控制簇规模的目的;标记未加入簇的节点为冗余节点,减少处于工作状态的传感器节点数。2.本文提出的簇间路由算法以均衡网络能耗为主要目标、兼顾降低网络总能耗。本文通过基站集中的自上而下构造路由树来构造数据传输路径。在网络运行的每轮过程中,基站根据各个簇的规模和簇首到基站距离挑选节点相对密集、传输能耗小的簇首为“超簇首”。其他簇首根据邻居簇的簇成员规模和簇间距离选择节点密集、传输能耗少的簇首作为下一跳。本文最后利用仿真工具OMNeT++4.1对GEBR算法进行仿真分析,并与LEACH、LEACH-C、EEUC算法从网络能耗、网络负载均衡性、网络存活节点数三方面进行对比分析。实验结果表明GEBR算法能够更好地均衡网络能耗负载,降低网络能耗,达到了延长网络寿命的目的。
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