无线传感器网络分簇算法与簇首备份机制研究

摘要

分簇是无线传感器网络拓扑控制中的一种重要技术。通过分簇，既可实现网络可扩展性的提升和资源的有效管理，又可起到节能等目的。如何实现大规模无线传感器网络的高效分簇是目前亟需解决的问题。 本文主要研究无线传感器网络的分簇算法与簇首备份机制，主要工作如下： 首先提出了一种基于K-均值聚类的无线传感器网络分簇算法。从K-均值聚类算法中要解决的合理聚类数的确定、初始聚类中心的选择以及聚类性能对目标函数的依赖这三个问题入手，运用K-均值聚类算法来实现无线传感器网络分簇。 仿真与性能分析结果表明，基于K-均值聚类的无线传感器网络分簇算法既能节省节点能量、延长网络生命，又能改善网络中的能耗均衡，并保证簇首分布的均匀性。 其次提出了一种基于综合指标的无线传感器网络簇首备份机制。 通过节点剩余能量、节点度数、通信代价三者构建一种有效的综合指标；通过对簇内成员节点的综合指标排序，选取具有最优综合指标值的成员节点作为备份簇首。 对该备份机制的仿真结果表明，采用该机制的分簇无线传感器网络可有效地降低簇首故障所带来的损失，加强了分簇的稳定性，延长了网络的生命周期，提升了网络的整体性能。

目录

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声明

第一章绪论

1.1研究背景及意义

1.2无线传感器网络相关概述

1.2.1无线传感器网络的定义与特点

1.2.2无线传感器网络的体系结构

1.2.3无线传感器网络的关键技术

1.2.4无线传感器网络的性能评价

1.3本文主要研究目的及内容

1.4全文章节安排

第二章无线传感器网络分簇算法相关研究

2.1引言

2.2无线传感器网络分簇算法的基本概念

2.3无线传感器网络分簇算法的性能评估

2.4典型的无线传感器网络分簇算法

2.4.1传统的无线传感器网络分簇算法

2.4.2基于能量优化的无线传感器网络分簇算法

2.4.3基于图论的无线传感器网络分簇算法

2.4.4基于地理位置的无线传感器网络分簇算法

2.4.5采用被动策略的无线传感器网络分簇算法

2.5无线传感器网络分簇算法比较分析

2.6本章小结

第三章基于聚类的无线传感器网络分簇算法研究

3.1引言

3.2 K-均值聚类算法

3.2.1 K-均值聚类算法描述

3.2.2 K-均值聚类算法要解决的问题

3.3用于无线传感器网络分簇的K-均值聚类算法

3.3.1相关假设

3.3.2基于能量损耗模型的合理分簇数确定

3.3.3初始聚类中心确定方法

3.3.4基于通信代价的目标函数

3.4基于K-均值聚类的无线传感器网络分簇算法

3.4.1簇首轮换机制

3.4.2簇内通信与簇间通信描述

3.4.3分簇算法详细流程

3.5仿真与结果分析

3.6本章小结

第四章分簇无线传感器网络中的簇首备份机制研究

4.1引言

4.2簇首备份机制概述

4.2.1簇首备份的基本概念

4.2.2典型的簇首备份机制

4.2.3簇首备份的数学模型相关分析

4.3基于综合指标的无线传感器网络簇首备份机制

4.3.1综合指标构建方法

4.3.2备份机制详细描述

4.4仿真与结果分析

4.5本章小结

第五章结论与展望

5.1全文总结

5.2未来工作展望

参考文献

致谢

攻读学位期间主要的研究成果