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无线传感器网络(Wireless Sensor Network，WSN)是由大规模部署在监测区域内的节点自组织形成的多跳、无中心的无线网络，各节点具有物理感知、数据采集和数据传输能力，在监控和目标追踪方面应用广泛。网络内的传感器节点由电池供电，能量受限，在大多数情况下不能补充。同时，传感器节点带宽和传输能力受限，需要采用多对一和多跳转发的方式将数据发送给基站，这种传输方式会导致网络中能耗失衡，产生“能量空洞问题”，使网络过早失效。因此，减少单个节点的能耗的同时保持整个网络的能耗均衡，延长网络的生存周期，是传感器网络传输协议设计过程中需要考虑的核心问题。 分簇是延长网络生存周期最有效的方法之一，其基本思想是将整个网络被划分为若干个子网（簇），每个簇中选取一个领导者（簇头），簇内成员节点将采集的数据发送给簇头，簇头将数据压缩后发送给基站。分簇协议能有效减少网络内数据传输量，均衡网络负载，降低通信干扰，易于网络资源的分配，能显著提高网络的能耗效率，适用于大规模的WSN。 本课题针对不同背景下的WSN分簇协议进行了深入研究，并取得了一些具有创新性的研究成果。 本文的主要工作和创新点包括以下几方面: (1)在分簇协议中，均衡网络各节点的能耗是有效延长网络生存周期的重要保证。传统的分簇协议让簇头既承担簇内数据接收和融合任务，又承担与基站之间的数据转发任务，会导致簇头能耗速率过快而过早死亡。本文设计了一种均衡簇头和成员节点能耗的分簇协议EEOC（Energy Efficient Overlapping Clustering Protocol）。EEOC协议将网络划分为有部分重叠区域的簇，选择重叠区域内的成员节点作为转发节点，避免簇头同时承担数据收集和转发任务。通过控制不同密度区域的簇的重叠度，EEOC协议保证了转发节点在簇头周围的合理分布。通过方位合适度指标选择合适的下跳转发节点，EEOC协议在减少节点能耗的同时均衡了各区域节点之间的能耗，延长了网络生存周期。 (2)在均衡网络能耗的同时，保证网络的高覆盖率也是提升网络QoS(Quality ofService)的重要途径。本文设计了一种综合考虑网络覆盖率和能耗效率的分簇协议EEMUC(Energy-efficient and Coverage-aware Multi-hop Unequal Clustering protocol)。在选取簇头和建立簇间路由的过程中，EEMUC协议设计距离加权的节点度指标和与能量相关的覆盖冗余度指标，避免了热点区域节点的过早死亡。在节点调度的过程中，EEMUC协议引入了跨簇分布式节点激活机制，在延长网络生存周期的同时保证了网络的高覆盖率。 (3)大部分分簇协议没有用到传感器节点的位置信息。在某些应用场合，传感器节点可以通过装配的GPS设备获取位置信息。利用节点的地理位置信息进行合理分簇，能有效延长网络的生存周期。本文设计了一种保证区域能耗均衡的非均匀多跳分簇协议ZMC(Zone-based unequal Multi-hop Clustering protocol)。ZMC协议利用节点的位置信息，对网络进行等间距环形划分和等夹角扇形划分，得到同环簇大小相等、不同环簇大小由外到里依次递减的非均匀分簇方案，保证了网络能耗效率的最优。ZMC协议利用与距离相关的通信代价评价函数在每个簇中选择最合适的节点作为簇头，减少了网络局部能耗，延长了网络生存周期。 (4)在一些连续监测应用场合中，被监测事件的位置和规模会随着时间的推移连续动态变化，而现有的分簇协议中建立簇的过程与监测事件的变化趋势不相关。本文设计了一种基于事件动态变化的分簇协议EEAOC（Energy-Efficient Adaptive OverlappingClustering Protocol）。EEAOC协议将网络划分为完全重叠的2-逻辑-覆盖簇，并引入了基于区域重叠的簇迁移机制，保证激活的簇能正好覆盖事件发生区域。在数据传输阶段，EEAOC协议采用基于时间驱动和事件驱动切换的数据发送机制，在保证用户期望的精确度的情况下尽可能减少网络数据传输，延长了网络生存周期。 (5)在实际的应用中，网络中的节点存在能量、缓存和数据发送能力异构的特性。现有的分簇协议没有同时考虑这三种相互关联的网络异构特性。本文设计了一种针对异构WSN的能耗均衡多跳分簇协议EBMC(Energy Balancing Multi-hop ClusteringProtocol)。EBMC协议考虑了网络在不同阶段剩余能量的变化情况，在设计选取簇头的指标和建立簇间路由的过程中，考虑了节点能量、缓存和发送能力异构特性之间的相关性，均衡了网络中异构节点的能耗。EBMC协议在延长网络生存周期的同时降低了端到端时延，避免了网络拥塞。 本论文对上面提出的几种分簇协议，在MATLAB平台上与LEACH、DEEC、TEEN、URC等已有的一些主要协议进行了仿真比较，从整个网络的能耗效率、网络各区域能耗的均衡性、网络的不同特性对生存周期的影响和网络的QoS性能等方面验证了本文所设计的分簇协议的有效性。