基于雙模糊邏輯的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇算法.pdf

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1、凰應(yīng)用技術(shù)基于雙模糊邏輯的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇算法串林梅金蘇彩紅(佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院機械與電氣工程學(xué)院)摘要：為降低無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的能量消耗，延長網(wǎng)絡(luò)生命周期，提出基于雙模糊邏輯的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇算法(DFCP)。模糊邏輯一綜合了節(jié)點剩余能量和節(jié)點與基站距離2個參數(shù)，確保輸出高能量低能耗的節(jié)點競爭簇頭的優(yōu)勢；模糊邏輯二綜合了節(jié)點度與簇內(nèi)平均節(jié)點能耗值2個參數(shù)，確保輸出以簇為單位的局部能耗最小。簇生成階段，基于非概率模式的延時機制保證了簇簇之間的均勻分布。通過與其他算法(LEACH、ECPF)對比，仿真結(jié)果表明：DFCP能克服LEACH協(xié)議運行下的網(wǎng)絡(luò)簇分布不均、低能量節(jié)點擔(dān)任簇頭等缺

2、點，并降低網(wǎng)絡(luò)能量消耗；當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點能量不一致時，DFCP運行下的網(wǎng)絡(luò)簇頭位置分布、網(wǎng)絡(luò)局部能耗均衡優(yōu)于ECPF。關(guān)鍵詞：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；分簇；雙模糊邏輯；生命周期O引言頭、簇頭節(jié)點數(shù)目不定等缺陷。近年來，一些研究者以LEACH協(xié)議為基礎(chǔ)，結(jié)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由計算能力、存儲空間、電池合智能控制算法研究無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的分簇算法[41。能量十分有限、數(shù)目龐大的傳感器節(jié)點通過無線通信模糊控制是智能控制算法的一個分支，它可以綜合多方式鏈接形成，被廣泛應(yīng)用在各種傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施無法個參數(shù)的作用獲得一個控制輸出，而無線傳感器網(wǎng)絡(luò)到達的場合Ⅲ。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點通常用電池分簇算法中簇頭選擇的影響

3、參數(shù)往往不是單一的，因供電，且電池不易更換或重新充電，因此提高能量使此利用模糊邏輯可綜合這些參數(shù)，獲得性能良好、分用效率，延長網(wǎng)絡(luò)生命周期成為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用布均勻的簇頭節(jié)點集，從而減少網(wǎng)絡(luò)能量消耗，延長研究的一個重要課題。為此，很多研究者針對網(wǎng)絡(luò)路網(wǎng)絡(luò)生命周期。由協(xié)議設(shè)計進行了深入探討，分簇算法是其中最具代表性的方法【2】。分簇算法首先通過一定機制選擇簇頭2012年，HodaTaheri等結(jié)合模糊邏輯提出一種能量敏感的分布式分簇協(xié)議(ECPF)[5]，涉及基于非節(jié)點集，完成網(wǎng)絡(luò)分簇，簇頭管理和控制簇內(nèi)成員節(jié)點，收集簇內(nèi)成員節(jié)點的感知信息并進行數(shù)據(jù)融合，概率模式的簇頭選擇、模糊邏

4、輯和按需簇生成3個典型技術(shù)。通過與LEACH、CHEF[2]等對比，應(yīng)用于網(wǎng)然后將融合信息以直接方式或間接多跳方式發(fā)送至基站。此算法為網(wǎng)絡(luò)能量的有效性提供了技術(shù)手段。絡(luò)運行獲得了良好的效果。但是從ECPF協(xié)議的簇頭由Heinzelman提出的LEACH協(xié)議【jJ是分簇算法選擇過程可知，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中能量最高的節(jié)點數(shù)目較多的一個典型代表，它有效減少了網(wǎng)絡(luò)的能量消耗。時，模糊邏輯產(chǎn)生的低值輸出的局部性能優(yōu)秀的節(jié)點LEACH協(xié)議按輪運行，每輪由啟動階段和穩(wěn)定運行才具有競爭簇頭的權(quán)力，因此具有較高剩余能量和低階段構(gòu)成。在啟動階段，網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點由概率模式?jīng)Q模糊輸出的節(jié)點，除了在首輪簇生成階段(首輪

5、網(wǎng)絡(luò)定是否擔(dān)任簇頭節(jié)點，而普通節(jié)點選擇離自己最近的中節(jié)點的剩余能量相同)，沒有機會當(dāng)上簇頭。在簇簇頭節(jié)點加入，完成分簇；在穩(wěn)定運行階段，簇內(nèi)節(jié)形成階段，普通節(jié)點通過選擇模糊輸出小的簇頭加點感知信息并在屬于自己的TDMA時隙發(fā)送至簇頭，入，該機制并沒有保證網(wǎng)絡(luò)局部能量消耗最小為原則簇頭將數(shù)據(jù)融合后直接發(fā)送至基站。LEACH協(xié)議延進行。長了網(wǎng)絡(luò)的生命周期，但是基于概率模式選擇簇頭節(jié)在LEACH協(xié)議和ECPF協(xié)議的基礎(chǔ)上，本文提點常常導(dǎo)致簇頭之間的距離過近、低能量節(jié)點擔(dān)任簇出一種基于雙模糊邏輯的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇算法16基金項目：佛山市科技發(fā)展專項基金項目(FZ2009033、FZ201

6、0038)(DFCP)，分析影響無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點能耗的因據(jù)融合能量消耗的參數(shù)為EDA。如，某簇頭節(jié)點接收素，結(jié)合模糊邏輯思想，設(shè)計了2個模糊邏輯：一個到，z個簇內(nèi)普通節(jié)點發(fā)來的共條肚匕特長的數(shù)據(jù)包，模糊邏輯綜合了節(jié)點剩余能量(i)和節(jié)點與基融合后得到的數(shù)據(jù)包長度依然為匕特，該簇頭用于站距離(DI。s)，其輸出值作為確定擔(dān)任簇頭能力強數(shù)據(jù)融合的能量消耗量為×，×A。和轉(zhuǎn)發(fā)信息至基站能耗小的簇頭節(jié)點候選者的依據(jù)；2基于雙模糊邏輯的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇算另一個模糊邏輯綜合了鄰居節(jié)點數(shù)目和簇內(nèi)節(jié)點發(fā)法送感知數(shù)據(jù)至簇頭節(jié)點的平均能耗值(。)，其輸基于分簇的層次型路由算法將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)出值作

7、為選擇網(wǎng)絡(luò)運行局部能耗小的候選簇頭節(jié)點中的節(jié)點劃分為簇頭節(jié)點和普通節(jié)點。因此網(wǎng)絡(luò)的能作為簇頭節(jié)點的依據(jù)。通過與LEACH協(xié)議、ECPF量消耗也簡單地分成簇頭節(jié)點能耗和普通節(jié)點能耗2協(xié)議對比，仿真結(jié)果表明DFCP可減少網(wǎng)絡(luò)能量消耗，類。分簇算法的設(shè)計與優(yōu)化過程需要考慮如下2個問延長網(wǎng)絡(luò)生命周期。題：1系統(tǒng)模型1)簇頭節(jié)點是否有足夠的能量承擔(dān)收集簇內(nèi)成1．1基本網(wǎng)絡(luò)模型員感知信息，進行數(shù)據(jù)融合及以最少能耗轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)至本文所涉及的基本網(wǎng)絡(luò)模型，普通節(jié)點感知信息基站的任務(wù)?并發(fā)