基于元胞自動機的無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)能路由協(xié)議的研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(Wireless sensor networks, WSNs)是由分布在其中的傳感器節(jié)點通過自組織過程形成的網(wǎng)絡,節(jié)點通過相互之間的通信共同完成對網(wǎng)絡中監(jiān)測對象的相關數(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。自對無線傳感器網(wǎng)絡的研究開始,這一課題就引起了各界極大的關注。由于傳感器節(jié)點體較小、構造簡單,無法保證充足的電池能量,加上傳感器網(wǎng)絡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補充或

2、更換,因此如何最大程度上減少能耗是無線傳感器網(wǎng)絡重點關注的問題之一。
　　元胞自動機(Cellular automata, CA)是一種時間和空間均離散的系統(tǒng),且每個元胞都有有限個離散狀態(tài),元胞下一時刻的狀態(tài)由當前時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狀態(tài)轉換規(guī)則,元胞自動機能夠以簡單的規(guī)則實現(xiàn)復雜的整體特性。將元胞自動機和無線傳感器網(wǎng)絡相比擬,傳感器節(jié)點類似于元胞,節(jié)點根據(jù)與鄰近節(jié)點通信獲得的局部信息決定自身下一

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

4、為狀態(tài)轉換規(guī)則,未考慮節(jié)點能量狀態(tài),會導致個別處于低能狀態(tài)的節(jié)點過度工作致能量耗盡,形成網(wǎng)絡分割。AODV-ECA協(xié)議針對此問題引入不規(guī)則元胞自動機模型,使節(jié)點能夠隨機分布在網(wǎng)絡中,并在制定狀態(tài)轉換規(guī)則時考慮節(jié)點的剩余能量,提高了能量均衡性。GAF-CA協(xié)議針對GAF協(xié)議中簇頭選舉方法存在的問題進行了改進,節(jié)點無需掌握復雜的全局信息,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)絡開銷。對改進后的協(xié)議在NS2網(wǎng)絡仿真工具下進行仿真分析