基于分簇的无线传感器网络路由协议研究与改进

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无线传感器网络作为一种新型的数据信息采集、处理和传输技术,一直以来都是国内外研究的热点,作为其关键技术的路由协议也倍受人们的关注。无线传感器网络最大的特点是能量受限,因此低能耗、高能效是其路由协议设计的首要要求。本文详细分析了典型分簇路由协议——LEACH协议,在此基础上提出了固定分区多跳路由算法(Fixed Partition Multi-Hop Routing Algorithm, FPMH)和非均匀分簇路由算法(Unequal Clustering RoutingAlgorithm, UC)两种改进算法。针对LEACH协议中簇首分布和数目具有随机性,控制消息开销大以及簇间通信能耗大的缺点,本文提出FPMH算法。FPMH算法引入固定分区思想,保证了簇首分布的均匀以及数目的恒定;与LEACH协议周期性全网范围内建簇不同,FPMH算法只在满足某些条件时在簇范围内对簇首进行替换,大大减少了网络中的控制开销;FPMH算法中簇首与汇聚节点间采用多跳路由方式通信,大大降低了簇间通信能耗。本文采用MATLAB对FPMH算法进行仿真,并与LEACH协议仿真结果对比,验证了其在降低网络总体能耗,延长网络生存时间,提高能量利用率方面都具有一定的优势。FPMH算法中基于固定分区的多跳路由机制使得距离汇聚节点较近的节点负载和能耗很大,网络中负载和能耗的不均衡加速了节点的死亡,缩短了网络生存时间。UC算法是针对FPMH算法上述缺点提出的改进算法,UC算法中采用非均匀分簇策略将网络划分为大小不等的簇,与汇聚节点距离越近簇的直径越小。非均匀分簇使得距离汇聚节点越近的簇覆盖范围越小,簇内节点数量越少,簇内通信能耗越小;非均匀分簇也使得距离汇聚节点较近的节点转发的数据信息减少,从而均衡了网络负载和能耗,延长了网络生存时间。本文采用MATLAB对UC算法进行仿真,并通过与LEACH协议和FPMH算法仿真结果对比,验证了其在降低网络总体能耗,延长网络生存时间,提高能量利用率以及均衡网络能耗等方面更具优越性。
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