1.1 研究目的

与传统网络相比较，无线自组织传感器网络的每个节点能量都是受限制的，同时，使用完后又很难再次补充。如何利用节点能量高效地，延长网络生命周期最大化成为无线自组织传感器网络的设计路由算法的重要目标之一。根据无线自组织传感器网络的这个特性，国内外的许多学者都提出了适用于它的各种路由算法。能将这些路由算法大致分成四类:平面型、层次型、基于地理位置型和基于QoS型路由协议。为了尽可能最大程度地延长网络生命周期，需要寻找出一种高效的分簇算法，能够实现均匀分布网络能耗，同时在各轮的数据采集过程中，也尽可能地降低簇头和各个簇内节点通信的总的能耗，从而实现网络生命周期的有效延长。

1.2 发展现状

无线通信技术、电子技术、微机电系统技术(Micro-Electro-Mechanism)的飞速发展，推动了低成本、多功能、低功耗、体积小、可进行短距离无线通信的传感器的进步。这些传感器节点集成了信息感知、数据处理和无线通信等功能，使大量节点通过协同工作构建无线传感器网络(Wireless SensorNetworksy，WSN)成为可能。无线传感器网络作为一种新的信息获取方式和信息处理模式，通过大量部署在监测区域内的传感器节点，采集网络覆盖区域内感知对象的信息，采用多跳的无线通信方式，将收集、处理后的信息提供给终端用户。它将逻辑上的信息世界与客观上的物理世界联系起来，改变了人类与自然界的交互方式，实现了物理世界、计算机世界以及人类社会三种世界的连通，被认为是21世纪最具影响力的技术和10个将改变世界的技术之一。

早在二十世纪八十年代，美国国防高级研究计划署(Defense AdvancedResearch Projects Agency DAPA)就已经开始了传感器网络的研究，但当时无论是计算机处理技术，还是通信、微电子等技术，都极大地限制了传感器网络的发展。1999年，出现了题为“传感器走向无线时代”的关于无线传感器网络代表性论述。随后，美国的移动计算和网络国际会议提出无线传感器网络是下一个世纪面临的发展机遇。2003年，美国《技术评论》杂志论述未来新兴十大技术时，无线传感器网络被列为第一项未来新兴技术。同年，美国《商业周刊》未来技术专版论述四大新技术时，无线传感器网络也列入其中。美国《今日防务》杂志更认为无线传感器网络的应用和发展将引起一场划时代的军事技术革命和未来战争的变革。2004年《IEEE Spectrum》杂志发表了一期“传感器的国度”的专辑，论述了无线传感器网络的发展和可能的广泛应用。可以预计，无线传感器网络的发展和广泛应用，将对人们的社会生活和产业变革带来极大的影响并产生巨大的推动作用。WSN巨大的学术价值和广阔的应用前景引起了许多国家军事界、产业界和学术界的高度重视。英国、意大利、日本等国家的一些大学与研究机构也对无线传感器网络的研究表现出了极大的兴趣。比较典型的研究项目有DARPA的Sensor IT、加州大学洛杉矶分校(UCLA)的WINS C Wireless IntegratedNetwork Sensors )、加州大学伯克莱分校(UC Berkeley)的Smart Dust, Sun实验室的SPOT CSmall Programmable Object Technology)、麻省理工大学(MIT )的υ-AMPS（υ-Adaptive Multi-domain Power aware Sensors)等等。我国的传感器网络研究起步相对较晚，但我国也十分重视无线传感器网络的研究。“中国未来20年技术预见研究”提出的157个技术课题中有7项直接涉及无线传感器网络。2006年初发布的《国家中长期科学与技术发展规划纲要》为信息技术确定了3个前沿方向，其中两个与无线传感器网络研究直接相关。我国国家自然科学基金和863国家高新技术研究发展计划连续资助多个无线传感器网络的研究项目，973国家重点基础研究发展计划也对研究无线传感器网络的基础理论和关键技术项目进行了资助，从而加快了国内无线传感器网络的研究进程。无线传感器网络的广阔应用前景引起了人们的广泛关注，成为了当今国内外研究的热点问题之一。然而在无线传感器网络中，节点是体积微小的嵌入式设备，采用能量有限的电池供电，它的计算能力和通信能力十分有限，而且在无线传感器网络中，除了少数节点需要移动以外，大部分节点都是静止的。所以无线传感器网络有着不同的设计要求，因为它们通常运行在人无法接近的恶劣甚至危险的远程环境中，能源无法更换，设计有效的策略延长网络的生命周期成为无线传感器网络的核心问题。这些独特的要求和制约因素为传感器网络的研究提出了新的技术问题。无线传感器网络处于新技术的最前沿，是许多学科交叉的研究领域，涉及网络拓扑控制、网络协议、网络安全、时间同步、定位技术、数据融合、数据管理、无线通信技术、嵌入式操作系统、应用层技术等关键技术。目前尚存在着许多值得探讨的热点课题，国内外学者正在进行深入研究。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 研究目标

无线传感器网络是由一组大量部署在监测区内大量传感器所组成的网络，通常情况下传感器节点都非常小，计算能力、存储能力、通讯能力和供电能力都是非常有限的。当传感器分布不均，疏密程度严重，容易导致簇头节点很少或者没有的情况，导致普通节点的资源大量消耗而死亡。所以我们提出优化算法，延长网络寿命。

2.2 研究内容以及方案措施

通过查阅和整理相关文献，在现有理论和实例论证的基础上，对人们所提出关于无线传感器网络分簇算法的结论和研究的相关成果进行梳理，总结出其研究现状以及限制因素。在此基础上提出自己的合理的建议，并在这个建议之上提出自己核心论证内容。利用合理的资源，对这个观点逐步进行完善，并建立仿真模型。本文拟解决的问题有主要以下几点:

（1）梳理有关无线传感器网络分簇算法，包括明确各种算法的原理以及程序编写步骤，分析各个算法的优缺点。