面向擁塞控制的無(wú)線傳感網(wǎng)分簇路由算法研究.pdf

1、人類進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)、無(wú)線通信、傳感器技術(shù)以及自動(dòng)控制等學(xué)科的飛速發(fā)展，使得構(gòu)造能夠根據(jù)環(huán)境自主完成指定任務(wù)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)變?yōu)榭赡?。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為新興的測(cè)控網(wǎng)絡(luò)，能夠自主實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、融合和傳輸。它的存在改變了人與自然交互的方式，是21世紀(jì)的IT熱點(diǎn)技術(shù)之一，在軍事、醫(yī)療、環(huán)境監(jiān)控和其他一些商業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域有著廣泛的前景和價(jià)值。
　　在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，路由協(xié)議作為通信過(guò)程中的核心支撐技術(shù)成為學(xué)術(shù)界研究的重要內(nèi)容。由

2、于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)受到節(jié)點(diǎn)能量、計(jì)算以及通信等條件的限制，因此在設(shè)計(jì)路由協(xié)議時(shí)，如何以高效的能量利用率將數(shù)據(jù)從源節(jié)點(diǎn)傳輸至基站成為協(xié)議設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)。雖然目前已經(jīng)有許多學(xué)者對(duì)大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)的分簇和路由進(jìn)行了研究，也取得了顯著的成效，但是還是存在著一些問(wèn)題。研究表明，分簇路由雖然在節(jié)約能量和提高通信帶寬方面有著顯著的優(yōu)勢(shì)，但是單一簇首節(jié)點(diǎn)的可靠性與穩(wěn)定性對(duì)全網(wǎng)性能影響很大，信息的采集與融合會(huì)大量消耗簇首的能量導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)死亡。并且每一輪簇首選舉也會(huì)

3、造成過(guò)多的能量損耗，減少數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間；另外，隨著無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，如果協(xié)議只有在數(shù)據(jù)發(fā)生擁塞時(shí)啟用解決機(jī)制，難免會(huì)因?yàn)榭刂菩畔⒌膫鬏斶M(jìn)一步加劇網(wǎng)絡(luò)擁塞。因此，尋找一種有效的耗能均衡算法來(lái)解決 WSN分簇與擁塞問(wèn)題顯得十分重要。
　　本論文針對(duì)大規(guī)模的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)展開研究工作，主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　1）查閱現(xiàn)有的文獻(xiàn)以及國(guó)內(nèi)外相關(guān)的參考資料，針對(duì)WSN節(jié)點(diǎn)在工作中的能量消耗與節(jié)能問(wèn)題進(jìn)行了分析，論述了在大規(guī)模無(wú)

4、線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，分簇路由算法在全網(wǎng)節(jié)能方面的優(yōu)勢(shì)，并指出現(xiàn)有層次路由算法存在的不足和需要進(jìn)一步解決的問(wèn)題。
　　2）在簇首選擇階段，針對(duì)單一簇首機(jī)制下的過(guò)多簇首能量損耗問(wèn)題，提出了基于主副簇首的分簇機(jī)制。協(xié)議通過(guò)綜合代價(jià)函數(shù)選舉主副簇首，分別承擔(dān)了簇域內(nèi)信息的采集、融合以及簇間的轉(zhuǎn)發(fā)工作，避免了單簇首時(shí)能量的大量消耗，均衡了網(wǎng)絡(luò)負(fù)載。在成簇階段，提出了一種節(jié)點(diǎn)密度控制策略，在該方法中，副簇首根據(jù)其與基站距離的遠(yuǎn)近確定可容納節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)

5、，避免了因節(jié)點(diǎn)密度不均導(dǎo)致靠近基站簇首負(fù)擔(dān)加重的可能。同時(shí)，改單輪成簇為雙輪成簇，有效地延長(zhǎng)了數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間，避免了每一輪因?yàn)槌纱卦斐傻耐ㄐ艙p耗。
　　3）構(gòu)建了一種基于擁塞預(yù)知的多徑尋優(yōu)路由策略。該策略基于主動(dòng)避免擁塞的思想對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行擁塞檢測(cè)，依據(jù)節(jié)點(diǎn)擁塞度、剩余能量以及最小跳數(shù)計(jì)算節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)成功率，并以此為依據(jù)確立源節(jié)點(diǎn)到Sink節(jié)點(diǎn)間的最優(yōu)路徑。同時(shí)，對(duì)于突發(fā)的擁塞，協(xié)議啟用擇路繞行機(jī)制，避免數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中經(jīng)過(guò)擁塞節(jié)點(diǎn)，保證數(shù)