基于能量?jī)?yōu)化的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇算法研究

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1、分類號(hào)：ＴＰ３９１學(xué)校代碼：１０６９７密級(jí)：公開(kāi)學(xué)號(hào)：２０１５２０９５５＿Ｉ？士字位論文ＭＡ’ＳＴＥＲＳＤＩＳＳＥＲＴＡＴＩＯＮ基于能量?jī)?yōu)化的無(wú)線＃感器網(wǎng)絡(luò)分襄算法研究學(xué)科名稱：計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)作者：賈惠麗指導(dǎo)老師：范訓(xùn)禮教授西北大學(xué)學(xué)位評(píng)定委員會(huì)二〇一八年六月ResearchonEnergyOptimizationBasedClusteringAlgorithmforWirelessSensorNetworkAthesissubmittedtoNorthwestUniversityinparti

2、alfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterinComputerApplicationTeachnologyBy：HuiliJiaSupervisor:XunliFanProfessorJune2018摘要無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WirelessSensorNetwork,WSN)主要由許多具有特定功能的節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，這些節(jié)點(diǎn)以無(wú)線通信方式，借助其他硬件設(shè)施，自組織為一個(gè)完整的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。目前，主要通過(guò)電池提供節(jié)點(diǎn)工作時(shí)的能源支撐；但是，其有限供給特性限定了WSN的服務(wù)周期。因此，如何在有限的能源支持下最大化

3、WSN的服務(wù)時(shí)間，是WSN技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域面臨的一個(gè)難點(diǎn)和實(shí)用性問(wèn)題。針對(duì)WSN中存在的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)周期短、能效低、吞吐量少的問(wèn)題，本文結(jié)合變異的蟻群算法，通過(guò)改善K-means的聚類效果，設(shè)計(jì)了一種KACO路由算法。首先，基于增加了變異因子的蟻群聚類方法改善了K-means的分簇結(jié)構(gòu)，并改進(jìn)了將K-means應(yīng)用于WSN時(shí)分簇個(gè)數(shù)k的確定問(wèn)題。其次，以節(jié)點(diǎn)的多個(gè)當(dāng)前狀態(tài)值為決定性因素，定義了簇首(ClusterHeader,CH)的競(jìng)爭(zhēng)模型。最后，在數(shù)據(jù)傳輸階段，通過(guò)根據(jù)節(jié)點(diǎn)間的狀態(tài)信息，設(shè)計(jì)路由選擇方法，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)調(diào)整傳輸路徑。實(shí)驗(yàn)表明，KACO路由算法有效減

4、少了傳輸過(guò)程中的能量耗費(fèi)，增強(qiáng)了WSN的服務(wù)性能。由于按照一般的K-means聚類模型對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分簇時(shí)，間接的增加了網(wǎng)絡(luò)資源的開(kāi)銷。因此，為了適應(yīng)傳感器節(jié)點(diǎn)資源受限的特點(diǎn)，本文基于優(yōu)化的K-means聚類模型，并結(jié)合模糊層次綜合分析（FuzzyAHP）算法，設(shè)計(jì)了一種EKFAH路由算法。首先，EKFAH在原K-means分簇模型的基礎(chǔ)上增加了調(diào)節(jié)因子，以實(shí)現(xiàn)簇間能耗相對(duì)均衡的簇集劃分；其次，利用FuzzyAHP方法將節(jié)點(diǎn)的多個(gè)狀態(tài)值作為決策標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)化簇首選擇；最后，在數(shù)據(jù)傳輸階段，根據(jù)傳輸距離、能量、跳數(shù)等因素構(gòu)建節(jié)點(diǎn)多跳路由。實(shí)驗(yàn)證明，EKFAH算法對(duì)

5、增強(qiáng)WSN性能具備較好的有效性。關(guān)鍵詞：無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，分簇，K-means聚類，模糊層次綜合評(píng)價(jià)方法，多跳路由IAbstractWirelessSensorNetwork(WSN)containsnumbersofsensornodeswithspecificfunctions.Thesenodesareself-organizedintoacompletedatatransmissionsystembymeansofwirelesscommunicationwithotherhardwarefacilities.However,thesensorno

6、desgenerallyusebattery-powered,makingnetworkservicessubjecttogreatrestrictionscurrently.Therefore,howtomaximizeWSNservicetimewithlimitedenergysupportisadifficultandpracticalissuethatWSNalwaysencounter.Aimingattheproblemofshortservicecycle,lowenergyefficiency,andlowthroughputinthe

7、WSN,wedesignaKACOroutingalgorithmbasedonimprovedK-meanswhichoptimizedbymutationantcolonyalgorithm.Firstly,theclusteringstructureofK-meansisimprovedbasedontheantcolonyclusteringmethodwithincreasedmutationfactor,inaddition,theproblemofhowtodeterminingthenumberkofclusterswhenapplyin

8、gK-meanstoWSNisimproved.Thenusethestatus