基于K-means聚类的WSN分簇式多跳能量路由算法研究

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无线传感器网络(WSN)是物联网的核心技术,研究无线传感器网络相关课题对智能生活,经济和科技发展等方面都有重要意义。而路由算法是无线传感器研究中的核心,路由算法主要是确定网络中的数据传输路径,减少路由时带来的开销,同时提高网络的性能。本文以能量路由算法为主要研究对象,针对无线传感器网络研究和设计一种能量高效,性能良好的路由算法。本文主要从以下方面进行了研究:首先,对经典分簇算法LEACH进行研究,分析和研究LEACH算法的不足,同时对LEACH算法的一些改进算法进行分析比较。在这个基础上,以节能、延长网络生命周期、提高网络性能为目的,分别从分簇,簇头节点选举以及网络中数据通信三个方面展开,提出合适的能量路由算法MECHK。在簇的建立过程中,先根据网络存活节点个数确定簇的个数,再采用k-means聚类算法对网络进行分簇,以使得分簇均匀。簇头选择上,考虑节点剩余能量,位置信息等参数设置建立线性系统,再利用高斯消去法综合计算选举出簇头。同时为了避免频繁分簇,只有当网络中有节点死亡导致网络结构变化时才继续采用k-means迭代分簇,只有簇头节点能量低于其邻居节点能量的平均值时才重新选举簇头,否则直接进入数据传输阶段,这样能在保证网络正常运行的情况下,减少分簇和选簇头带来的开销。其次,在数据传输过程中,为均衡簇头的能耗和避免热区、热点问题的出现,在簇内自组成链式结构,数据链式传输到簇头;在簇间采用Dijkstra算法寻找最短路径形成簇间路由表,根据路由表采用多跳的方式将数据从簇头传输到基站。在两个数据传输模型中,每下一跳传输前都会进行数据的融合处理,以减少数据的冗余度。最后,利用MATLAB仿真测试,仿真实验结果表明MECHK算法不仅能提高网络传输效率、能量的利用率还能均衡网络负载,延长网络生命周期。
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