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无线传感器网络簇头节点分配固定聚簇算法研究
无线传感器网络簇头节点分配固定聚簇算法研究
随着物联网技术的发展，无线传感器网络（WirelessSensorNetworks，简称WSN）成为了实现大规模监测和远程控制的关键技术之一。在无线传感器网络中，簇头节点（ClusterHead）起到了重要作用，它们是负责收集从普通节点（Sensor）上传来的数据并将之汇集传送到基站（BaseStation）的节点。由于簇头节点的选择对于无线传感器网络的运作具有重大影响，因此簇头节点分配算法也就尤为重要。本文将介绍一种基于固定聚簇的簇头节点分配算法。
一、簇头节点分配算法概述
簇头节点的分配是为了使其负载均衡，并且延长整个网络的寿命。在一个WSN网络中，每个节点都可能成为簇头节点。簇头节点的选择不应该只是单一因素，而应该整体考虑节点的位置、能量、任务等因素。相比于动态聚簇算法，一些固定聚簇算法被提出来尽可能的降低节点的通讯开销和节点的能量消耗。固定聚簇算法通常是将网络中的节点总数分为簇数量，其问题就在簇数量的确定上，也存在着一定的安全性问题。
固定聚簇算法的簇头选择一般是要满足以下几个条件：最大化网络能量、减小能量失调、尽量延长网络寿命、使得簇头节点分布均匀而不是集中在某一个或几个区域以及控制网络中较大的空穴区域。
二、基于固定聚簇的簇头节点分配算法
以初始网络规模为N，目标网络由m个簇组成。基于固定聚簇的簇头节点分配算法分为如下步骤：
1）坐标生成
假设WSN工作区域为一个矩形区域，根据节点密度和工作区大小计算每个区域节点的平均分布，在该矩形区域中均匀的生成初始节点。
2）节点分组
计算矩形区域中的总节点数目，根据所需簇的数量，将总节点数目除以簇的数量，生成每个簇可放置节点的个数。
3）簇头节点选择
计算出每个节点到距离自己最近的簇头节点的距离。如果节点距离一个簇头节点的距离最短，就将其加入该簇头节点集合中。如果集合中已经存在簇头节点，则优先选择能量消耗最小的节点作为新的簇头节点。
4）能量消耗平衡调度
将簇头节点和普通节点按照不同的能量层级分组，并按照能量消耗从低到高的顺序依次将节点分配到簇头节点中，保证网络中节点的能量消耗平衡。
三、簇头节点分配算法实验结果
为了验证固定聚簇算法的有效性，我们进行了若干组实验。我们将比较本算法和其他簇头节点分配算法在网络寿命和能量效率方面的表现。
实验结果表明，相比于其他簇头节点分配算法，基于固定聚簇的簇头节点分配算法具有更高的寿命，更为平衡地利用节点的能量资源。在一些条件下，能延长网络寿命高达30%以上。
四、结论
本文介绍了一种基于固定聚簇算法的簇头节点分配算法。该算法相比于其他簇头节点分配算法具有更好的性能，更高的寿命以及更为平衡地利用能量资源。本算法能够应用于各种无线传感器网络中，具有一定的实际应用前景。