發(fā)布時間：2020-12-21 04:54

　　現(xiàn)有自供能無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）分簇算法較少考慮網(wǎng)絡(luò)最優(yōu)分簇數(shù),導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)能量消耗過快,全網(wǎng)能耗不均衡。針對這個問題,提出了基于模糊控制的自供能WSN分簇算法（EH-FLC）。首先,在網(wǎng)絡(luò)能量消耗模型中引入太陽能補(bǔ)給模型,得出每一輪次網(wǎng)絡(luò)能量總消耗與網(wǎng)絡(luò)分簇數(shù)目的函數(shù)關(guān)系,并對其求導(dǎo)從而得到網(wǎng)絡(luò)的最佳分簇數(shù)。然后,利用雙層模糊決策系統(tǒng)來評定網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)能否成為簇頭節(jié)點(diǎn)。先將節(jié)點(diǎn)剩余能量、相鄰節(jié)點(diǎn)數(shù)作為判定指標(biāo)輸入第一層（能力層）對所有節(jié)點(diǎn)進(jìn)行篩選,得到備選簇頭節(jié)點(diǎn);再將中心度參數(shù)、鄰近度參數(shù)作為判定指標(biāo)輸入第二層（協(xié)作層）對備選簇頭節(jié)點(diǎn)進(jìn)行篩選,得到網(wǎng)絡(luò)簇頭節(jié)點(diǎn)。最后,通過Matlab仿真分析了該算法的網(wǎng)絡(luò)生存周期、網(wǎng)絡(luò)能量消耗和網(wǎng)絡(luò)吞吐量等性能指標(biāo),與低功耗自適應(yīng)集簇分層型協(xié)議（LEACH）、改進(jìn)的非均勻分簇路由算法（WUCH）和利用雙層模糊控制的簇頭選擇算法（CTLFL）相比,該算法在網(wǎng)絡(luò)工作壽命上分別提高了約1.4倍、0.4倍和0.6倍,網(wǎng)絡(luò)吞吐量上分別提高了約20倍、1.5倍和1.28倍。仿真結(jié)果表明所提算法在網(wǎng)絡(luò)生存周期和網(wǎng)絡(luò)吞吐量方面的性能較優(yōu)。 

【文章來源】：計算機(jī)應(yīng)用. 2020年09期 北大核心

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

太陽能補(bǔ)給模型

本文通過模糊決策系統(tǒng)（Fuzzy Inference System,FIS）和太陽能補(bǔ)給模型提出基于模糊控制的自供能無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇算法EH-FLC來提高無線傳感器網(wǎng)絡(luò)工作周期并減少網(wǎng)絡(luò)能量消耗。不同于傳統(tǒng)的LEACH算法，該算法只有在第一次分簇后，有節(jié)點(diǎn)死亡時才開始重新分簇，而不是每一輪都進(jìn)行分簇，節(jié)省網(wǎng)絡(luò)成簇時各個節(jié)點(diǎn)廣播信息，從而延長網(wǎng)絡(luò)壽命。結(jié)合最佳分簇數(shù)，得出如圖2所示的基于太陽能補(bǔ)給的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇圖。EH-FLC算法采用了雙層模糊決策方法來確定簇頭節(jié)點(diǎn)，利用常用的Mamdani模糊控制系統(tǒng)[6,11,13]來計算網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)成為簇頭節(jié)點(diǎn)的閾值。其中第一層模糊決策稱為能力層，在第一層模糊決策中選擇在密集區(qū)域并具有充足能量的節(jié)點(diǎn)作為備選簇頭節(jié)點(diǎn)。第二層模糊決策稱為協(xié)作層，在這一層模糊決策中，需要在備選簇頭節(jié)點(diǎn)中選出的節(jié)點(diǎn)作為最終的簇頭節(jié)點(diǎn)。

在能力層的模糊決策過程中，網(wǎng)絡(luò)中普通節(jié)點(diǎn)成為備選簇頭節(jié)點(diǎn)的資格是根據(jù)節(jié)點(diǎn)剩余能量和它相鄰的節(jié)點(diǎn)數(shù)來確定的。由于簇頭節(jié)點(diǎn)不僅需要對所屬簇的普通節(jié)點(diǎn)發(fā)來的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，還需要將融合后的數(shù)據(jù)發(fā)送給Sink節(jié)點(diǎn)，因此簇頭節(jié)點(diǎn)必須有充足的能量[5]。此外，如果備選簇頭節(jié)點(diǎn)的相鄰節(jié)點(diǎn)相對緊密，則能夠縮短節(jié)點(diǎn)間數(shù)據(jù)傳輸?shù)木嚯x，均衡簇內(nèi)平均能耗。由此在能力層的模糊決策過程中，本文將節(jié)點(diǎn)剩余能量和相鄰節(jié)點(diǎn)數(shù)作為能力層模糊系統(tǒng)的輸入，在通過模糊化后，輸入的模糊化隸屬模糊集均為{low,medium,high}分別對應(yīng)的是“低”“中”“高”。再結(jié)合模糊IF-THEN規(guī)則式得到各個規(guī)則下的模糊評分，然后通過集合器得到模糊輸出，即成為簇頭節(jié)點(diǎn)的資格參數(shù)，輸出的模糊化隸屬模糊集為{v-small,small,r-small,med-small,med,med-large,r-large,large,v-large}分別對應(yīng)的是“非常小”“小”“較小”“一般小”“一般”“一般大”“較大”“大”“非常大”。最后通過解模糊化得到備選簇頭節(jié)點(diǎn)。能力層的模糊決策系統(tǒng)如圖3[11]所示。該層的模糊決策的輸入隸屬度函數(shù)如圖4、5所示，輸出的隸屬度函數(shù)如圖6所示；模糊IF-THEN規(guī)則如表1所示。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
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[2]無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)能路由算法的研究[D]. 丁一鳴.北京交通大學(xué) 2008



本文編號：2929222