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无线传感器网络作为未来新兴技术之一,是传感、计算和通信技术的混合产物,通常由大量密集低成本的无线传感器节点组成,通过无线通信方式形成一个多跳的自组织网络系统,协同工作实时感知、获取和处理信息。它具有十分广阔的发展和应用前景,如军事领域、环境科学、空间探索和商业应用,对人们的社会生活和产业变革带来极大的影响和产生巨大的推动。
由于节点的能量、通信带宽和计算能力非常有限,传统的无线路由协议不适合无线传感器网络。因此,采用有效的节能协议,有效节约能源,延长传感器网络的生存时间,是无线传感器网络研究的一个重点。
本研究得到了华南农业大学校长基金项目“无线传感器网络分簇算法与作物旱情监测系统研究”(项目编号:2006X009)课题的资助和支持。
针对簇头节点能耗大、寿命短的情况,本文提出一种适合于无线传感器网络的基于节点剩余能量和位置的分簇算法,数据传输由若干轮组成,每一轮开始首先利用节点剩余能量进行簇头选举并分簇,然后进入数据通信阶段。簇头负责收集簇内成员节点的数据,经过数据融合处理后,传送到远方的基站。
本算法的关键是设置合理可行的选举系数,它决定着产生新一轮簇头的选举时间,即当簇头节点剩余能量低于设定值(选举系数与本轮簇头的初始能量之积)时,在簇内开始进行簇头选举;然后再通过比较各个节点的剩余能量,将具有最大剩余能量的节点选为新的簇头节点,这样就使节点的能量分布趋于均匀。为了避免大多数节点因传送距离增加而造成能耗增高,位于边缘位置的节点且其剩余能量小于阀值能时不作为簇头。新簇头产生后,下一轮的选举系数则根据簇头内节点数量、簇头节点和成员节点的能量消耗数值等实时因素而动态确定。
采用MATLAB对边缘度进行了仿真。通过实验推断出边缘度的公式,并且得出簇间的组织、通信依赖于网络的具体应用和目标。为了节约能量和改善通信质量和有效性,在实际情况中应该根据不同开情况来选择半径,从而确定边缘度。该公式尚未进行理论证明,还有待未来的研究。
对MLEACH和LEACH也进行仿真测试,由于MLEACH算法在选择簇头时,结合考虑节点剩余能量和是否处于边缘位置,从而达到减少能量消耗的目的。仿真结果表明MLEACH相比LEACH算法延长了网络的生命周期,是一种能量高效的路由协议。本项目的长期目标是组建农作物旱情监测的无线传感器网络。