无线传感器网络能量均衡的非均匀分簇路由协议的研究

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1、学校代号：10532学密号：S11101051级：普通湖南大学硕士学位论文无线传感器网络能量均衡的非均匀分簇路由协议的研究ResearchonEnergyBalanceandUnequalClusteringRoutingProtocolinWirelessSensorNetworksbyXIAOChangqingB．E．(ChongqingUniversityofArtsandScience)201AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofMasterofEngineering1nInform

2、ationandCommunicationEngineeringintheGraduateSch001ofHunanUniversitySupervisorAssociateProfessorWuRenyongMay，2014湖南大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：尚乐噍日期：bl牛年‘月兮Et学位论文版权使用授权书本学位论

3、文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、保密口，在年解密后适用本授权书。2、不保密囝。(请在以上相应方框内打“、／”)作者签名：尚卡穗导师签名：彳勃舻舅日期：1口l咔年‘月守日日期：、。(o年‘月宁日硕士论文捅要无线传感器网络(WirelessSensorNetworks，WSNs)是由大量具有有限感知、计算以及通信能力的智能设备组成的自组织网络，能够在多

4、种复杂应用环境快速部署，进行有效信息收集。由于其复杂的应用环境，外部供电困难，实际应用场景中通常采用电池供电。因此，如何高效利用节点电池储存能量是无线传感器网络能否走向实际应用的关键。路由协议对网络能效性的好坏有着重要的影响。相对于平面路由协议，层次(分簇)路由协议能够改善网络的可扩展性、提高能量利用效率，但是在能量均衡方面存在一定不足。一方面，簇头节点负担较重；另一方面，近基站区域簇头节点存在能量热区问题。针对这些问题，本文侧重研究了非均匀分簇、簇间多跳路由以及簇头节点轮换策略对网络能效性的影响。本文的主要创新如下：(1)提出一种能量均衡的非均匀分簇(EnergyBalanceUneq

5、ualClustering，EBUC)路由算法。在非均匀分簇阶段，算法在考虑节点到基站距信息的同时，引入节点度更好地控制候选簇头节点的竞争半径，以形成更为合理的非均匀簇结构。簇头节点选择过程中，各候选簇头节点根据各自“簇头适应值”(ClusterAdaptiveValue，CAV)大小竞争选出簇头节点。“簇头适应值”综合考虑候选簇头节点剩余能量以及候选簇头节点到其邻居节点的距离信息。剩余能量高且到邻居节点平均距离小的候选节点具有较大的“簇头适应值"即有较大的概率成为簇头节点。在簇间多跳路由阶段，根据簇头节点剩余能量、簇成员节点数量以及相对基站的位置信息构成的成本函数，每个簇头节点从邻居簇

6、头节点集合中选择成本函数值最小的簇头节点为其中继节点。仿真结果表明，EBUC路由算法能够有效地减少和均衡节点能量消耗，延长网络生命周期。(2)针对WSNs中基于时间驱动的全网簇头节点轮换策略导致的如轮换周期难以确定以及不必要的能量消耗等问题，提出一种基于拍卖机制的区域簇头节点轮换(AuctionbasedLocal．areaClusterheadRotation，ALCR)策略。为了减少拍卖的通信开销，提出一种基于时间的胜者决定策略。投标方的成本函数综合考虑投标方剩余能量以及到拍卖方的距离信息。仿真实验表明，将该区域簇头节点轮换策略引入EBUC算法，在延长全网簇头节点轮换周期的情况下，网

7、络节点能耗均衡性依然较好。关键词：无线传感器网络：能量均衡；非均匀分簇；簇头节点轮换；拍卖机制II无线传感器网络能量均衡的非均匀分簇路由协议的研究AbstractWirelesssensornetworks(WSNs)isanad．hocnetwork，whichiscomposedofmassivesmallsensornodeswithlimitedsensibility，processingandcommunicatingca