基于非均匀分簇路由算法的研究

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无线传感器网络(Wireless Sensor Network, WSN)是无线通信网络领域一大研究热点,它的日渐成熟极有可能显著改变人们的日常生活。WSN技术是跨多门学科的新技术,这些技术包括技术、无线通信技术及分布式计算处理技术,随着这些技术的快速发展,已经推动了传感器网络的研究和发展。大规模的WSN由数千、甚至上万个传感器组成,这些传感器节点采用自组织方式组成网络,它们可以布置在人类易于接近的环境里,甚至可以分布在不易接近的危险地方。每个传感器节点感知大量信息,把这些信息通过无线通信方式传送给汇聚(Sink)节点,最后观察者通过互联网或卫星获取这些信息。无线传感器中路由协议影响着网络的生存时间,为了有效地延长网络的寿命,就必须要选择合适的路由协议。LEACH协议是层次型协议的代表,但是它存在的缺陷,包括能量消耗不均匀、簇之间的节点数不均匀,这都严重影响了网络的生成时间。为了解决这些问题,本文分析了大量的非均匀分簇算法,在此基础上提出N-LEACH协议。N-LEACH协议在能量以及负载均衡上做了改进,使得距离sink节点远的簇比距离sink节点近的簇大,这样就达到能量均衡的效果,且实现了非均匀分簇。然后还通过MATLAB仿真对比,分析得出改进的算法有效地延长了网络寿命。对于应用在按需的事件驱动的无线传感器网络中,路由协议的选择对网络寿命的影响非常大,本文提出一种基于动态分簇和改进的蚁群优化(ACO)的多路径路由协议(IMCRP, improved multipath clustering routing protocol)。IMCRP路由协议的具体过程可以分为:簇的生成、多路径建立以及数据发送,首先在簇的生成阶段,算法根据事件驱动方式成簇,同时还在选择簇头节点时考虑了节点的剩余能量、邻居数以及信号强度,其次在多路径建立阶段,使用了改进的ACO算法,最后在数据发送阶段,使用了负载均衡公式来选择路径发送数据,这样就避免了链路能量不均衡情况。本文对IMCRP办议使用NS2仿真,然后把IMCRP协议和AODV协议作比较,结果表明,IMCRP协议具有更好的节能效果,而且也有效地均衡了网络中的节点的能量消耗,延长了网络的生存时间,达到了预期的设计效果。
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