一種基于位置和分簇?zé)o線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)路由協(xié)議

1、一種基于位置和分簇的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)路由協(xié)議一種基于位置和分簇的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)路由協(xié)議摘要：摘要：針對(duì)信息物理融合系統(tǒng)等無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中對(duì)服務(wù)質(zhì)量的要求，尤其是在實(shí)時(shí)、能耗等方面，提出了一種基于地理位置信息和分簇技術(shù)相結(jié)合的實(shí)時(shí)路由協(xié)議。該協(xié)議利用節(jié)點(diǎn)位置信息確定簇的大小并實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的均勻劃分，采用基于錨節(jié)點(diǎn)、質(zhì)心和剩余能量相結(jié)合的混合簇頭選舉方法實(shí)現(xiàn)能量均衡，同時(shí)，在簇間數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)中采用動(dòng)態(tài)路由機(jī)制，調(diào)整包的端到端的傳輸速率，

2、以滿足實(shí)時(shí)性要求。仿真結(jié)果表明該協(xié)議不僅能夠有效地平衡網(wǎng)絡(luò)能耗，延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的生命周期，而且具有較好的實(shí)時(shí)性。關(guān)鍵詞：位置；分簇；無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；實(shí)時(shí)路由中圖分類號(hào):TP393文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):ARealtimeRoutingProtocolBasedonLocationClusterfWirelessSenswksAbstract:TomeettheQoSrequirementsintheapplicationsofWireless

3、senswksespeciallyinrealtimeenergyarealtimeroutingprotocolisproposedinwhichlocalizationclusteringisintegrated.Theclusterisdeterminedbyusinglocationinfmationofnodes.Clusterheadiselectedbyutilizingahybridmethodbasedontheanc

4、hnodesbarycenterresidualenergysoastobalancetheenergyconsumptionoverallthewk.InadditionadynamicroutingmechanismisappliedtodynamicallyadjustthetransmissionrateofdatapacketsindertomeettherealtimeQoS.Simulationresultsshowtha

5、ttheproposedprotocolcannotonlyeffectivelybalancetheenergyconsumptiontoextendthewklifetimebutalsolowerthedelaytomeetsomerealtimerequirements.Keywds:Locationclusteringwirelesssenswksrealtimerouting1引言引言隨著通信技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)和傳感器技術(shù)

6、的飛速發(fā)展和日益成熟，人們研制出了各種具有感知能力、計(jì)算能力和通信能力的微型傳感器。由許多微型傳感器構(gòu)成的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WirelessSenswks，WSNs)引起了人們的極大關(guān)注。WSNs可以使人們?cè)谌魏螘r(shí)間、地點(diǎn)和任何環(huán)境條件下獲取大量詳實(shí)可靠的物理世界的信息，并可以被廣泛應(yīng)用于國(guó)防軍事、國(guó)家安全、環(huán)境監(jiān)測(cè)、交通管理、醫(yī)療衛(wèi)生、制造業(yè)、反恐抗災(zāi)等領(lǐng)域[1]。WSNs是一種由大量的無線傳感器節(jié)點(diǎn)組成的資源受限的自組織網(wǎng)絡(luò)，特別是能

7、量有限，很多應(yīng)用無法提供有線電源，不能更換電池，也不能充電，只能安裝電池，要求部署后能正常工作幾個(gè)月甚至上年的時(shí)間，因此必須采取有效措施，控制WSNs的能量消耗，以保證整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的連通性。WSNs又是一種以數(shù)據(jù)為中心的網(wǎng)絡(luò)，收集到的數(shù)據(jù)必須在限定的時(shí)間傳給目的地，否則數(shù)據(jù)就會(huì)失去作用，甚至發(fā)生嚴(yán)重后果，因此實(shí)時(shí)通信在許多WSNs應(yīng)用中非常必要，比如在消防應(yīng)用中，如效，本文提出了一種基于位置和分簇的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)路由協(xié)議RRPBLC（R

8、ealtimeRoutingProtocolBasedonLocationCluster），將地理位置、定位機(jī)制和分簇技術(shù)相結(jié)合，不僅可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的能量均衡，延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的生命周期，而且具有較好的實(shí)時(shí)性，提高網(wǎng)絡(luò)的性能。3基于位置和分簇的實(shí)時(shí)路由基于位置和分簇的實(shí)時(shí)路由本文提出的RRPBLC路由協(xié)議結(jié)合了地理位置和分簇技術(shù)，整個(gè)協(xié)議可分為監(jiān)測(cè)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（簇）劃分、簇頭選取和簇間路由三個(gè)部分。3.1監(jiān)測(cè)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)劃分監(jiān)測(cè)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)劃分本文采用類似于

9、典型的基于地理位置路由協(xié)議GAF[5]的思想，將監(jiān)測(cè)區(qū)域劃分為虛擬的單元格，每個(gè)單元格內(nèi)的節(jié)點(diǎn)組成一個(gè)簇。根據(jù)節(jié)點(diǎn)的地理位置和通信半徑等信息將監(jiān)測(cè)區(qū)域劃分為互不相交的多個(gè)正方形虛擬單元格，一個(gè)單元格內(nèi)的節(jié)點(diǎn)組成一個(gè)簇，相鄰單元格（簇）中的節(jié)點(diǎn)可以相互直接通信。劃分的單元格的邊長(zhǎng)為a，節(jié)點(diǎn)的通信半徑為r，如圖1所示。圖1網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)區(qū)域的單元格劃分示意圖其中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的地理位置信息都是已經(jīng)得知，具體方法是網(wǎng)絡(luò)中一部分節(jié)點(diǎn)設(shè)置為錨節(jié)點(diǎn)，可通過G

10、PS模塊獲得自身的精確位置，周圍的節(jié)點(diǎn)可以通過比較成熟的定位算法（如APIT算法[20]）計(jì)算得出自身的地理位置信息。另外，根據(jù)上面單元格的劃分，要想使相鄰單元格（簇）中的節(jié)點(diǎn)可以相互直接通信（最壞情況為節(jié)點(diǎn)距離是兩個(gè)單元格對(duì)角線長(zhǎng)度，圖1中虛線所示），則必須滿足式子(1)。arraa5)2(222????(1)也就是說，式(1)中的a保證了兩個(gè)相鄰單元格之間的所有節(jié)點(diǎn)間的距離小于他們的無線通信距離，從而保證了簇頭節(jié)點(diǎn)替代同一單元格內(nèi)所

11、有其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信時(shí)的網(wǎng)絡(luò)連通性。3.2簇頭選取簇頭選取將網(wǎng)絡(luò)區(qū)域劃分為單元格后，由于每個(gè)單元格內(nèi)節(jié)點(diǎn)數(shù)不一樣，因此在簇頭的選取時(shí)本文考慮了節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)，擴(kuò)展了混合簇頭選舉算法[21]，根據(jù)簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)和類型的不同，分為如下幾種情況：(1)在基于地理位置路由協(xié)議中，有一定數(shù)量的錨節(jié)點(diǎn)分布于監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)區(qū)域，因而當(dāng)簇內(nèi)存在錨節(jié)點(diǎn)時(shí)，利用錨節(jié)點(diǎn)本身能量較多、節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)容量大、計(jì)算能力強(qiáng)等方面的優(yōu)勢(shì)，直接將錨節(jié)點(diǎn)設(shè)置為簇頭，如果一個(gè)簇內(nèi)存在多個(gè)錨節(jié)點(diǎn)，