無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中能量感知路由協(xié)議的研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、隨著通信技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)和傳感器技術(shù)的飛速發(fā)展與日益成熟，生產(chǎn)具備感知能力、計(jì)算能力和通信能力的微型傳感器已經(jīng)成為可能。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)和通信技術(shù)，從而使傳感器節(jié)點(diǎn)能夠協(xié)作地實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、感知、采集網(wǎng)絡(luò)分布區(qū)域內(nèi)的各種環(huán)境信息或監(jiān)測(cè)對(duì)象的信息。大量廉價(jià)、低功耗的傳感器節(jié)點(diǎn)部署在觀測(cè)區(qū)域內(nèi)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)可以與其通信半徑內(nèi)的鄰居節(jié)點(diǎn)通信，通過(guò)自組織的方式，共同構(gòu)成一個(gè)高度靈活的、低能耗的網(wǎng)絡(luò)。由

2、于節(jié)點(diǎn)由電池供電，存在能量約束，加之環(huán)境因素，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的生命期不可避免地受到影響。因此，合理地利用網(wǎng)絡(luò)能量是傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議設(shè)計(jì)所面臨的首要問(wèn)題。 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的傳輸離不開路由協(xié)議。在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，路由協(xié)議需要高效利用能量；同時(shí)由于節(jié)點(diǎn)數(shù)目較大，節(jié)點(diǎn)只能獲取局部拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)信息，路由協(xié)議要能在局部網(wǎng)絡(luò)信息的基礎(chǔ)上選擇合適的路徑。此外，傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議具有應(yīng)用相關(guān)性，不同應(yīng)用中的協(xié)議可能差別很大?，F(xiàn)有的路由協(xié)議主要存在以下典型的缺陷

3、：(1)平面路由協(xié)議：不進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渚S護(hù)，且存在消息的“內(nèi)爆”(1mplosion)和“重疊”(Overlap)問(wèn)題；(2)層次型路由協(xié)議：在簇頭選擇時(shí)缺乏對(duì)節(jié)點(diǎn)地理位置的考慮，不能保證簇頭節(jié)點(diǎn)的均勻分布；或者僅解決骨干網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)形成的問(wèn)題，缺少在同一簇內(nèi)進(jìn)行簇頭節(jié)點(diǎn)的動(dòng)態(tài)更換。 隨著無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展和不同應(yīng)用的需要，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)趨向于大規(guī)模、可擴(kuò)展、高靈活，因此采用層次型路由協(xié)議對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分簇，并且簇內(nèi)、簇間同時(shí)協(xié)調(diào)工作將

4、更加適應(yīng)現(xiàn)實(shí)的需求。本文從有效利用傳感器節(jié)點(diǎn)的能量出發(fā)，利用網(wǎng)格狀二層分簇結(jié)構(gòu)，分別在簇內(nèi)進(jìn)行動(dòng)態(tài)簇頭選舉和簇間的可靠路由方面展開路由的研究，并作性能的仿真與對(duì)比。此外，在實(shí)驗(yàn)室提供的實(shí)驗(yàn)床基礎(chǔ)上，本文實(shí)現(xiàn)了路由協(xié)議的原型，并對(duì)協(xié)議進(jìn)行了有效的驗(yàn)證。本文的主要工作體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： (1) 提出一個(gè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議框架：該框架由三個(gè)模塊組成，分別為基于網(wǎng)格的分簇模塊、簇內(nèi)動(dòng)態(tài)簇頭選舉模塊和簇問(wèn)路由模塊； (2)

5、 采用基于節(jié)點(diǎn)地理位置的網(wǎng)格狀分簇機(jī)制進(jìn)行拓?fù)渚S護(hù)，借助連通支配集的性質(zhì)進(jìn)行骨干網(wǎng)絡(luò)連通性維護(hù)； (3) 提出并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)動(dòng)態(tài)簇頭選舉算法：根據(jù)節(jié)點(diǎn)的能量，使剩余能量大的節(jié)點(diǎn)具有較大概率成為簇頭節(jié)點(diǎn)，并且實(shí)現(xiàn)簇頭的自動(dòng)輪換； (4) 提出并實(shí)現(xiàn)基于路徑代價(jià)和剩余能量的簇間多跳路由：簇間根據(jù)最小路徑代價(jià)和簇頭的剩余能量，在簇頭之間建立路由表，通過(guò)合理調(diào)整參數(shù)，網(wǎng)絡(luò)中的所有簇頭節(jié)點(diǎn)只需通過(guò)一次廣播即可建立最優(yōu)路徑；