基于无线传感网络模糊冗余度混合通信算法研究

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无线传感器网络是一种特殊的自组织网络,在国防军事、物品跟踪、空中探索、环境监测等各种人迹罕至的领域,有着广阔的应用前景,从根本上改变了信息的获取能力与控制能力。论文首先介绍了无线传感器网络的基本原理和相关发展历史,对目前几种具有代表性的LEACH(Low EnergyAdaptive Clustering Hierarchy)算法、PEGASIS(power-efficientgathering in sensor information systems)路由算法、TEEN(threshold sensitive energyefficient sensor network protocol)路由算法与TTDD(two-tier data dissemination)路由算法的性能、拓扑结构、优缺点等进行了详细分析与研究,然后比较分析了LEACH-SMC算法与LEACH算法的数据传输结构、覆盖冗余度及能量的损耗,并在此基础上引入模糊算法。针对无线传感网络的冗余度问题,论文参考大量的智能无线传感器网络、模糊集理论、模糊技术、无线传感网络技术等相关书籍与文献,通过分析目前无线传感网络的硬件发展及软件协议的特点,综合运用分簇路由协议的原理,在模糊集合的基础上,本文提出了模糊冗余度的混合通信算法。该算法基于LEACH算法的结构体系的基础上,在簇头选举阶段,首轮节点的初始能量都是一样的,节点的位置是随机选定的,簇头节点的数目是根据一定的优化结果,随机选取的;在随后的生命周期中,是根据节点剩余能量的多少进行选举,簇头覆盖的区域要由自身感知半径的大小来决定。处于边缘区被多重覆盖的节点,运用模糊算法,根据隶属度的大小来决定自身的隶属簇头。选举结束后,便是数据稳定传输阶段。在稳定通信阶段采用单跳与多跳相结合的方式,进行无线路由通信。此算法保证网络的信号的畅通性与覆盖性的同时,减少了冗余节点的重复发送信号,降低了冗余度,节省了能源。最后,通过对无线传感网络模型的建立,基于MATLAB仿真实验平台,对无线传感网络的簇头节点的优化选择、存活节点、生命周期、整个网络的剩余能量做了仿真分析。结果表明:无线传感网络的生命周期得到延长,每轮的存活节点数与剩余能量都有所提高,在一定程度上提高了网络的性能。模糊冗余度的混合通信协议引入模糊算法能有效地降低冗余度,弥补了分簇算法的不足,减少了数据的通信量。同时,采用了单、多跳相结合的混合通信数据结构,比传统的多跳数据传输方式的TTDD协议与PEGASIS协议,传统的单跳数据传输方式LEACH协议与TEEN协议更能灵活地节能。总之,模糊冗余度的混合通信协议是以LEACH算法为基础,将模糊算法、LEACH-SMC算法与其有效地融合在一起,相互取长补短,是一种能量高效的无线传感网络路由协议,比较现有常用的算法,能有效地利用和分配有限的能源。未来无线传感器网络向能源节约化,节点微型化,绿色环境化的方向发展,它将给人类的生活带来划时代的变革。
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