面向擁塞控制的無線傳感網(wǎng)分簇路由算法研究.pdf

1、人類進入21世紀以來，隨著計算機、無線通信、傳感器技術(shù)以及自動控制等學科的飛速發(fā)展，使得構(gòu)造能夠根據(jù)環(huán)境自主完成指定任務(wù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)變?yōu)榭赡堋o線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為新興的測控網(wǎng)絡(luò)，能夠自主實現(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世紀的IT熱點技術(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值。
　　在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，路由協(xié)議作為通信過程中的核心支撐技術(shù)成為學術(shù)界研究的重要內(nèi)容。由

2、于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)受到節(jié)點能量、計算以及通信等條件的限制，因此在設(shè)計路由協(xié)議時，如何以高效的能量利用率將數(shù)據(jù)從源節(jié)點傳輸至基站成為協(xié)議設(shè)計的主要目標。雖然目前已經(jīng)有許多學者對大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)的分簇和路由進行了研究，也取得了顯著的成效，但是還是存在著一些問題。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，但是單一簇首節(jié)點的可靠性與穩(wěn)定性對全網(wǎng)性能影響很大，信息的采集與融合會大量消耗簇首的能量導(dǎo)致節(jié)點死亡。并且每一輪簇首選舉也會

3、造成過多的能量損耗，減少數(shù)據(jù)傳輸時間；另外，隨著無線傳感器網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不斷擴大，如果協(xié)議只有在數(shù)據(jù)發(fā)生擁塞時啟用解決機制，難免會因為控制信息的傳輸進一步加劇網(wǎng)絡(luò)擁塞。因此，尋找一種有效的耗能均衡算法來解決 WSN分簇與擁塞問題顯得十分重要。
　　本論文針對大規(guī)模的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)展開研究工作，主要研究內(nèi)容如下：
　　1）查閱現(xiàn)有的文獻以及國內(nèi)外相關(guān)的參考資料，針對WSN節(jié)點在工作中的能量消耗與節(jié)能問題進行了分析，論述了在大規(guī)模無

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，并指出現(xiàn)有層次路由算法存在的不足和需要進一步解決的問題。
　　2）在簇首選擇階段，針對單一簇首機制下的過多簇首能量損耗問題，提出了基于主副簇首的分簇機制。協(xié)議通過綜合代價函數(shù)選舉主副簇首，分別承擔了簇域內(nèi)信息的采集、融合以及簇間的轉(zhuǎn)發(fā)工作，避免了單簇首時能量的大量消耗，均衡了網(wǎng)絡(luò)負載。在成簇階段，提出了一種節(jié)點密度控制策略，在該方法中，副簇首根據(jù)其與基站距離的遠近確定可容納節(jié)點個數(shù)

5、，避免了因節(jié)點密度不均導(dǎo)致靠近基站簇首負擔加重的可能。同時，改單輪成簇為雙輪成簇，有效地延長了數(shù)據(jù)傳輸時間，避免了每一輪因為成簇造成的通信損耗。
　　3）構(gòu)建了一種基于擁塞預(yù)知的多徑尋優(yōu)路由策略。該策略基于主動避免擁塞的思想對節(jié)點進行擁塞檢測，依據(jù)節(jié)點擁塞度、剩余能量以及最小跳數(shù)計算節(jié)點的轉(zhuǎn)發(fā)成功率，并以此為依據(jù)確立源節(jié)點到Sink節(jié)點間的最優(yōu)路徑。同時，對于突發(fā)的擁塞，協(xié)議啟用擇路繞行機制，避免數(shù)據(jù)傳輸過程中經(jīng)過擁塞節(jié)點，保證數(shù)