基于元胞自動(dòng)機(jī)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)能路由協(xié)議的研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless sensor networks, WSNs)是由分布在其中的傳感器節(jié)點(diǎn)通過自組織過程形成的網(wǎng)絡(luò),節(jié)點(diǎn)通過相互之間的通信共同完成對(duì)網(wǎng)絡(luò)中監(jiān)測對(duì)象的相關(guān)數(shù)據(jù)信息的采集和處理,并將采集處理后信息傳送給觀察者。自對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究開始,這一課題就引起了各界極大的關(guān)注。由于傳感器節(jié)點(diǎn)體較小、構(gòu)造簡單,無法保證充足的電池能量,加上傳感器網(wǎng)絡(luò)常用于一些特殊的場景中,環(huán)境惡劣甚至人跡罕至,電池能量無法得到及時(shí)補(bǔ)充或

2、更換,因此如何最大程度上減少能耗是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)重點(diǎn)關(guān)注的問題之一。
　　元胞自動(dòng)機(jī)(Cellular automata, CA)是一種時(shí)間和空間均離散的系統(tǒng),且每個(gè)元胞都有有限個(gè)離散狀態(tài),元胞下一時(shí)刻的狀態(tài)由當(dāng)前時(shí)刻自身以及鄰居元胞的狀態(tài)共同決定,所有元胞遵守同一個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)換規(guī)則,元胞自動(dòng)機(jī)能夠以簡單的規(guī)則實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的整體特性。將元胞自動(dòng)機(jī)和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)相比擬,傳感器節(jié)點(diǎn)類似于元胞,節(jié)點(diǎn)根據(jù)與鄰近節(jié)點(diǎn)通信獲得的局部信息決定自身下一

3、時(shí)刻的行為,實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的整體特性。在節(jié)能方面,WSN網(wǎng)絡(luò)同元胞自動(dòng)機(jī)模型同樣具有相似之處,節(jié)點(diǎn)通過執(zhí)行特定的協(xié)議控制自身的工作狀態(tài),延長睡眠時(shí)間,減少能量消耗。因此,利用元胞自動(dòng)機(jī)模型來解決傳感器網(wǎng)絡(luò)的能耗問題是十分有效的方法。
　　本文研究了基于元胞自動(dòng)機(jī)模型的WSN節(jié)能路由協(xié)議,設(shè)計(jì)了基于元胞自動(dòng)機(jī)模型的節(jié)能路由協(xié)議 AODV-ECA和 GAF-CA。傳統(tǒng)的基于元胞自動(dòng)機(jī)模型的AODV路由協(xié)議中節(jié)點(diǎn)分布不夠靈活,以“生命游戲”作

4、為狀態(tài)轉(zhuǎn)換規(guī)則,未考慮節(jié)點(diǎn)能量狀態(tài),會(huì)導(dǎo)致個(gè)別處于低能狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)過度工作致能量耗盡,形成網(wǎng)絡(luò)分割。AODV-ECA協(xié)議針對(duì)此問題引入不規(guī)則元胞自動(dòng)機(jī)模型,使節(jié)點(diǎn)能夠隨機(jī)分布在網(wǎng)絡(luò)中,并在制定狀態(tài)轉(zhuǎn)換規(guī)則時(shí)考慮節(jié)點(diǎn)的剩余能量,提高了能量均衡性。GAF-CA協(xié)議針對(duì)GAF協(xié)議中簇頭選舉方法存在的問題進(jìn)行了改進(jìn),節(jié)點(diǎn)無需掌握復(fù)雜的全局信息,避免發(fā)送大量測試信息,自發(fā)完成簇頭選舉,降低了網(wǎng)絡(luò)開銷。對(duì)改進(jìn)后的協(xié)議在NS2網(wǎng)絡(luò)仿真工具下進(jìn)行仿真分析