基于能量优化的物联网感知层路由协议的改进

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物联网通过感知层收集各种底层数据,将其进行数据分组后通过网关汇聚至网络层传输中枢,最后汇总到应用程序终端,为客户分析操作整个物联网提供了数据保证。物联网是依靠感知层网络来完成信息获取和数据传输的。但是,其随机选取簇首的方式易出现分簇不均匀、簇的大小不协调等问题,网络规模不同其所需的分簇个数也应有所区别,这些问题均会不同程度地影响网络的能耗问题。本文对LEACH(Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy, LEACH)协议进行了研究和改进,为更大程度地节省网络能耗,延长网络生命周期。本文主要有以下两方面的工作:
  1.针对静态节点的物联网感知层中LEACH协议分簇不均匀及能耗不合理的问题,提出了一种静态节点的能量优化的路由协议(SERP)。对簇首数目难于确定的问题,采用了一种动态最优簇首数目的方法。通过最小化簇的形成和稳定传输阶段的总能耗的计算得到动态最优簇首数目,可提高网络传输的有效性。再通过设置剩余能量因子和距离因子来改进簇头选举阈值的计算,使网络的能量负载更加均匀,同时使簇头产生的位置更加的合理。最后仿真实验表明:SERP协议有效地延长了整体网络的生存周期。
  2.针对动态节点的物联网感知层中移动节点对网络稳定性和拓扑结构的影响,提出了一种动态节点的能量优化的路由协议(MERP)。对移动节点可能造成的数据延迟问题,通过计算临界簇首数目来控制簇的大小,可以避免网络发生数据丢失而增强其稳定性。再通过定义移动性因子来继续改进簇头选举阈值,并在簇建立阶段加入节点通信代价值的计算,使簇头尽可能的在相对移动性最小的节点中选取并且成员节点的移动性不会使网络拓扑结构发生突变。实验表明:MERP协议有效地降低了数据延迟,延长了整体网络生存周期。
  实验证明:本文提出的两种改进的能量优化的物联网感知层路由协议均有效节省了网络能耗,提高了网络生存周期。
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