论文部分内容阅读
无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)广泛应用于社会的各行各业,但是WSN的寿命和性能一直受传感器节点能量有限的约束。近些年,受益于能量采集、转换技术的发展,能量获取无线传感器网络(Energy Harvesting Wireless Sensor Network,EH-WSN)逐渐成为研究热门方向。在EH-WSN中,节点可以将太阳能、风能等环境能源转化为电能供自身使用。同时也带来了一些新的问题:环境能量收集的不稳定性和传感器节点收集能力异构。为传统WSN设计的分簇路由协议并未考虑节点收集能量的特性,已经不适用于EH-WSN。根据协议追求目标不同,EH-WSN可以分为两类:一类EH-WSN将环境中收集的能量作为自己唯一的能量来源,目的是让网络永远运行下去。另一类EH-WSN将环境中收集的能量作为自己电池能源的补充,目的是延长网络寿命,改善网络性能。本文针对EH-WSN分簇路由协议进行分类研究,旨在如何延长网络寿命,改善能源利用效率,提升网络吞吐量。论文主要研究内容如下:1.针对环境能量收集能力异构的EH-WSN,提出一种精度高的能量收集预测算法。设计基于簇头占空比的分簇机制,保证节点、网络维持能量中性状态。改进HEED分簇算法,挑选能量分布和邻居分布权重更高的节点担任簇头,确保簇头节点分布均匀,构建密集的集群。通过设计数据传输占空比进一步降低节点能量浪费,提高能耗效率。仿真结果证明,该协议理论上可拥有无限长的网络寿命,相比其他协议在提升网络吞吐量和降低簇失败次数的性能有明显的优势。2.针对簇间多跳传输数据导致能量空洞问题,提出一种根据区域划分均衡不同单元中簇头节点能耗的网络模型。通过最小化簇间传输能耗得出最佳单元个数和每个单元中簇的数量。改进HEED分簇算法,保证集群内传感器节点的能耗均衡。设计基于PSO算法的路由策略,提高簇间传输的能耗效率,并保证路径上的簇头节点能耗均衡,避免出现能量较低的节点。仿真结果证明,该协议均衡节点能耗的性能相比其他协议有明显的优势,并且具有更高的网络吞吐量和能耗效率。