基于能量均衡的无线传感网分簇拓扑算法研究(3)
在本文的第二部分，将对无线传感器网络分簇拓扑算法进行介绍。主要介绍无线传感器网络国内外现研究历史和现状，网络的拓扑控制研究现状，无线传感器网络分簇架构，分簇拓扑算法分类，分簇算法设计难点以及分簇算法的研究前景。通过这一部分的研究学习，对于分簇算法的理解是大有裨益的。
第三部分就目前比较经典的无线传感器网络LEACH协议进行研究，并且给出了它在NS-2环境下的仿真结果。主要工作是对LEACH协议控制流程进行学习，理解其对网络节点分簇的流程控制，熟悉其仿真环境。在这一部分的研究学习中，特别是对于LEACH协议流程中的簇建立阶段的理解和把握，为下一步的对LEACH协议的改进打好了基础。
第四部分，将就LEACH协议进行研究和改进，提出一种新的无线传感器网络分簇拓扑算法。再与LEACH协议的仿真结果进行对比后，分析了其优越性。目的是改善网络的性能，其中包括使簇头节点在检测区域中的空间位置分布更加均匀，簇头节点数目更加合理，网络生存时间更长。最终结果表明，在LEACH协议基础上进行改进，并提出的新的无线传感器网络分簇拓扑算法，相对于LEACH协议而言，簇头节点在区域中的位置分布更加均匀，有效减少了剩余能量相对较少的节点成为簇头的概率。理论分析和仿真结果验证了改进后的分簇拓扑算法在相同的仿真条件下，具有更好的能量均衡效果，有效地延长了无线传感器网络的生存时间。
在文章最后一部分，给出了对本次研究的一个总结。
2 无线传感器网络分簇拓扑算法
近年来，传感器技术、微机电系统技术、嵌入式技术以及低功耗无线通信技术的发展，推动了无线传感器网络技术的快速发展，并得到了越来越受到学术界和工程技术人员的关注。
在国外，美国军方于2005年成功测试了由美国Crossbow产品组建的枪声定位系统，如图3，为救护、反恐等工作提供了有力手段。美国科学应用国际公司采用无线传感器网络，构筑了一个电子周边防御系统，为美国军方提供军事防御和情报信息。在国内，中科院微系统所主导的团队积极开展基于WSN的电子围栏技术的边境防御系统的研发和试点，已经取得阶段性的成果。
图3 WSN在枪声定位系统中的应用
无线传感器网络作为一种全新的信息获取和处理模式，联通了物理空间和信息空间的信息交流，在国防军事、国家安全、环境监测、交通管理、医疗卫生、制造业、反恐抗灾、智能交通、自由空间探索、智能家居等领域得到了肯定和展示。随着深入的研究，传感器网络获得了快速的发展，应用越来越广泛，针对性也越来越强，并衍生出多种新型传感器网络体系。
在众多研究领域中，无线传感器网络的拓扑控制【4】也是重点之一，它的研究现状也是应该得到关注的。其中，分簇算法作为网络拓扑控制的有效方式之一，可显著降低无线传感器网络的能量消耗，提高网络吞吐率。对应于不同的应用需求，各种无线传感网络在硬件平台、软件系统和通信协议上都存在较大差异。从网络拓扑的角度看，无线传感器网络可以被分为平面结构以及分簇结构两大类。平面结构中无线传感器网络各节点的地位都是平等的，而在分簇结构中，网络中的节点被划分为若干个称为簇的节点集合，每个簇通常由一个簇头节点和多个成员节点组成，簇头负责管理和控制簇成员节点的工作，同时负责簇内数据收集及簇间数据转发。与平面结构相比，采用分簇结构的无线传感器网络具有能量效率高、可扩展性好等优点，但是如何选取簇头、划分簇类，需要合适的分簇算法加以解决。
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