无线传感网中基于非均匀梯度的分簇拓扑算法研究

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1、AthesissubmiredtoZhengzhouUniversityforthedegreeofMasterTheResearchofaClusteringTopologyAlgorittmaBasedonUnevenGradientinWSNByYongkunZhangSupervisor：Prof．XinfangYanCircuits＆SystemsSchoolofInformationEngineeringMay2014原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注

2、明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。学位论文作者：强永圭中日期：2Dl牛：年岁月26日学位论文使用授权声明本人在导师指导下完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属郑州大学。根据郑州大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或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；本人授权郑州大学可以将本学位论文的全部或部分编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或者其他复制手段保存论文

3、和汇编本学位论文。本人离校后发表、使用学位论文或与该学位论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为郑州大学。保密论文在解密后应遵守此规定。学位论文作者：强永坤日期：2Dl牛年岁月z6日摘要近年来，随着物联网(IntemetofThings，IOT)受到越来越多的关注，作为其重要组成部分的无线传感网(骶elessSensorNetwork，WSN)也进入了飞速发展的重要时期。它是在监控区域内随机部署大量微型传感器节点，这些节点同所有邻居节点交互后以自组织的形式构成网络，然后协同采集监控区域内的数据，并将数据处理后传送给监控者

4、。路由技术是无线传感网的一个关键技术，目前无线传感网发展最大的瓶颈就是节点能量有限且不易补充。因此，避免不必要的通信、均衡整个网络的能耗成为路由协议设计的首要目标。目前，分层路由协议是无线传感网核心的路由协议，而作为分层路由协议的基础一分簇拓扑算法由于其能量高效和易于扩展等特点被广泛研究和应用。文中首先介绍一种基于梯度的有网关分簇拓扑算法HCAGG(aHierarchicalClusteringAlgorithmbasedonGradientwithGateway)，该算法引入剩余能量和到邻居节点的平均距离构造权值，且在二者之间引

5、入自适应系数进行动态调节；另外，根据梯度在簇头之间选择最优网关，降低远距离数据传输的耗能。但在该算法中，靠近基站的簇头不仅要接收本簇簇成员节点发送来的数据，还要转发其他簇发送来的数据，容易因负载过重而过早失效，从而导致数据传输中断。针对HCAGG中存在的问题，本文提出一种基于非均匀梯度的分簇拓扑算法CTAUG(aClusteringTopologyAlgorithmbasedonUnevenGradieminwsro。该算法考虑节点剩余能量、邻居节点个数、到邻居节点的平均距离和到梯度中心线的距离来构造综合权值，使选出的簇头分布更加

6、合理；同时，用层次分析法来确定各个因素的权系数，减小人为因素的干扰；另外，基于非均匀梯度的思想对簇成员入簇的策略进行改进，使得靠近基站的簇的规模小于远离基站的簇的规模，为簇间的数据转发预留更多能量，从而使整个网络的能量消耗较为均衡，能有效延长网络的生存期。本文还给出基于CTAUG的局部维护与更新算法，可以使网络在拓扑结构变化时迅速建立通信，保证网络的正常运行。关键词：无线传感网；CTAUG：综合权值；层次分析法；非均匀梯度AbstractAstheIntemetofThings(IOT)hasattractedmoreandmor

7、eattention,wirelesssensornetwork(WSN)alsoenteredanimportantperiodofrapiddevelopment．Itconsistsofalargenumberofmicrosensornodesrandomlydeployedinthemonitoringregion．Thenodesformanetworkbyself-organizationafterinteractingwithallneighbornodes，thencollectthedatacooperativ

8、elyandsendtheprocesseddatatothemonitor．Routingprotocolisakeytechnologyofwirelesssensornetwork．However,atpresentthebiggestbot