无线传感器网络节能分簇算法的研究与设计

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无线传感器网络是众多的传感器节点通过无线通信的方式,相互联系,处理、传递信息的网络。在军事国防、生物医疗、环境监测、抢险救灾、防恐反恐、危险区域远程控制等领域具有十分广阔的应用前景。   能源问题是无线传感器网络中一个主要的挑战,使电池供电的传感节点达到最大的生存时间来支持数据的采集与传输是当今的研究热点之一。本文从传感器节点的能量来源——电池本身出发,对电池容量以及影响电池容量的各种因素进行了分析,给出了适合本文研究的电池模型公式。并根据电池放电特性,在HEED算法的基础上进行研究,设计了一种电池感知的路由协议BAR-HEED,该算法主要是在组网过程和簇首轮换过程中,结合考虑了节点的电池放电损耗情况及剩余能量情况,同时改变了原来HEED算法中的时间驱动机制为能量阈值驱动全网重组。仿真结果表明,BAR-HEED算法在降低网络节点放电损耗及延长网络寿命方面较HEED算法有一定的提高。   同时,本文针对当传感区域与基站距离较远时,簇首直接与基站通信会消耗大量的能量,导致网络节点能耗分布不均的问题,设计了一种能量有效,适合远距离数据传输的路由算法LEERP,该算法通过引入中继节点,缩短了簇首与基站之间的数据传输距离,并通过限制中继节点不参与成簇过程,避免了中继节点的成簇开销,达到均衡全网节点能耗的目的。在簇首轮换阶段,LEERP算法在采用能量阈值驱动簇首轮换机制的同时,将轮换过程限制在本簇内,以避免干扰到其他仍然拥有较高剩余能量的簇的正常工作。最后,同样结合电池的放电特性,在同一仿真场景下,本文研究设计了BAR-LEERP算法,并通过仿真证明了,在能量感知路由协议的研究过程中,加入对节点电池放电特性的考虑,能进一步均衡网络节点能耗,延长网络寿命。
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