基于梯度的无线传感器网络路由算法的研究

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近些年来,无线传感器技术得到了迅速的发展。由于无线传感器网络WSN(Wirless Sensor Networks)在实时数据采集以及无线信息传输等很多领域,具有操作简单、方便灵活特点,已成为环境监测、智能交通及家居控制等方面的重要组成部分。传感器节点因受到物理体积小、电池容量有限和监测环境较险恶等因素的制约和限制,设计出高效的无线传感路由协议必须维持较小的路由表信息,因此增加传感器网络的可扩展性和延长使用寿命,成为当前首要研究目标。鉴于其本身的独特性,传统的无线传感器路由相关技术,并不适应于现代无线传感网络。学术界对无线传感器网络的关注与日俱增,对路由算法各个方面的研究与创新层出不穷。目前,在层次型无线传感器网络路由协议的研究范畴,比较有代表性的路由算法有:LEACH算法和在此基础上改进的路由算法。为了充分利用无线传感器节点能量,延长网络使用寿命,本文基于LEACH算法基础上进行了改进,提出基于梯度的多跳路由改进算法LEACH-LMT (LEACH-Level Multi-hop Transmission)。LEACH-LMT算法的主要思想是:首先,在需要监测的区域内部,固定汇聚节点(Sink)和无线传感器节点,为每个节点设置对应的梯度;簇首选举阶段,为了对簇首的数目进行优化,通过公式推导,计算出最优簇首数目;选举阈值考虑节点的梯度值、剩余能量以及邻居节点个数等综合因素,使簇首分布更加合理。其次,在数据传输阶段,建立的传输路径是一棵倒立的生成树,选择中转节点时采用基于梯度的赋权方式,权值涉及到节点的梯度、剩余能量和能量消耗的比值等优化因子。传感器节点把采集的数据沿着赋权生成树传输到汇聚节点,避免LEACH-EE算法可能出现迂回信息传输的问题,达到了优化信息传输路径,节省能量的目的。本文提出的LEACH-LMT算法,采用传感器节点整体存活量和总体能量消耗两方面的标准进行评价,使用MATLAB工具进行仿真实验。由仿真实验结果中得出结论:本论文提出的LEACH-LMT算法,与LEACH算法和LEACH-EE算法相比较,减少无线传感器整体节点能量的消耗,提高了节点能量利用效率,延长了网络使用寿命,达到了本论文的目的。
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