划分网格的无线传感器网络分簇算法

第29卷第2期2012年2月

文章编号:1000 8152(2012)02 0145 06

控制理论与应用

ControlTheory&Applications

Vol.29No.2Feb.2012

基于基站划分网格的无线传感器网络分簇算法

衣

晓,邓

露,刘

瑜

(海军航空工程学院信息融合技术研究所,山东烟台264001)

摘要:提出了一种新的无线传感器网络分簇和数据汇聚方法,即CABSM算法.在CABSM算法中,基站通过在网络覆盖区域相互垂直的两个方向发射不同功率半径的信号,将整个网络划分成近似正方形的单元格,每个单元格为一个簇.一级簇头由单元格内剩余能量最大的节点担任,负责簇内数据收集和融合,并通过簇间数据汇聚方法将处理数据发送给二级簇头.最终由二级簇头将整个网络数据发送给基站.仿真结果显示,算法在网络生存时间上较低功耗自适应集簇分层型协议(LEACH)有更好的表现.关键词:无线传感器网络;簇头;分簇;网络寿命中图分类号:TP393文献标识码:A

Aclusteringalgorithmbasedonbasestationmeshing

forwirelesssensornetworks

YIXiao,DENGLu,LIUYu

(ResearchInstituteofInformationFusion,NavalAeronauticalandAstronauticalUniversity,YantaiShandong264001,China)

Abstract:Anewclusteringanddata-gatheringmethod,namedclusteringalgorithmbasedonbasestationmeshing(CABSM),ispresented.Inthisalgorithm,clustersareformedbyvirtualgrids,whicharecarvedupbybasestationthroughtransmittingdiscretesignalsintwoperpendiculardirections.The rstLevelClusterHeadischosenbytheresidualenergy,whichcollectsandfusesthedatainacluster,andtransmitstheresulttothesecondLevelClusterHeadbasedontheinter-clusterdata-gatheringmethod.FinallydataoftheentirenetworkissenttothebasestationbythesecondLevelClusterHead.Simulationresultshowsthatthismethodprovideslongernetworklifetimethanthatoflowenergyadaptiveclusteringhierarchy(LEACH).

Keywords:wirelesssensornetwork;clusterheads;clustering;networklifetime

1引言(Introduction)

无线传感器网络(wirelesssensornetworks,WSN)是由布撒在被监测区域内的大量廉价的传感器节点以自组织形式构成的网络,其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域里被监测对象的信息,并发送给观察者[1].由于网络节点能量有限,且不易补充,所以节能是WSN研究的主要技术之一.为平衡网络节点能耗负载,延长网络寿命,MIT的Chandra-kasan等人为WSN设计了一种较为成熟的分簇算法—–LEACH算法[2].算法要求在保证网络连通和覆盖的基础上,通过选取网络中的某些节点作为骨干节点,负责网络其余节点管理及数据的收集和转发,控制其他节点通信模块的开关,减少簇间和簇内节点通信的干扰,简化路由,提高网络的能量利用率和网络的通信效率.在LEACH算法的基础上,设计者针对LEACH簇头选取算法和数据传输算法提出

DCHS[3],HEED[4],TEEN[5],APTEEN[6],PEGASIS[7]等改进算法.GAF[8]是针对adhoc网络提出的一种基于网格划分的分簇算法.在该算法中,目标监测区域被划分成不同的单元格,节点按照自己的位置信息被划入相应的单元格,这种网格划分的思想为无线传感器网络分簇机制提供了新的思路.通过同样的方法,DAEA[9]提出了基于网格划分的无线传感器网络分簇算法.这两种算法执行的前提是节点必须知道自己的地理位置信息和整个目标监测区域的地理位置信息.GAF只考虑了网络的连通性,而忽略了网络的覆盖要求;DAEA在全局簇头选取时,引入过多的限制条件增加了全局簇头选取算法的复杂度,从而增加网络的能耗负载.无论是通过GPS或定位算法获知节点的位置信息都将增加网络的硬件成本和能耗开支.文献[10–11]提出基于基站划分簇的无线传感器网络分簇算法.算法通过基站广播信号的方

收稿日期:2010 07 09;收修改稿日期:2011 04 14.

基金项目:国家自然科学基金资助项目(60572161);全国优秀博士论文作者专项基金资助项目(200443);“泰山学者”建设工程专项基金资助

项目;山东省自然科学基金资助项目(ZR2011FQ002).

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