基于WSN的分層路由算法研究.pdf

1、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks，簡(jiǎn)稱WSN)因其廣闊的應(yīng)用前景和獨(dú)特的技術(shù)挑戰(zhàn)吸引了眾多學(xué)者的研究興趣，并逐漸成為了近幾年來(lái)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域中最為熱門(mén)的研究?jī)?nèi)容之一。 典型的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)由大量廉價(jià)的傳感器節(jié)點(diǎn)所構(gòu)成，相互之間通過(guò)無(wú)線方式進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。這些傳感器節(jié)點(diǎn)可以通過(guò)其攜帶的各種類型的傳感器采集現(xiàn)場(chǎng)的各種數(shù)據(jù)，并以接力的方式通過(guò)其它傳感器節(jié)點(diǎn)將采集到的數(shù)據(jù)逐跳地發(fā)送到匯聚節(jié)點(diǎn)(Sink)。因

2、此，要求無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)必須具備自組織能力，能夠解決傳感器節(jié)點(diǎn)間的路由問(wèn)題。 通常，傳感器節(jié)點(diǎn)僅僅依靠電池供電，而且一經(jīng)部署后，電池通常無(wú)法更換。除了電能資源非常稀少且珍貴外，還有包括處理能力、無(wú)線通信帶寬、存儲(chǔ)空間在內(nèi)的資源都十分有限。資源的局限性給無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)，許多成熟的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)無(wú)法在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中推廣使用，許多原本簡(jiǎn)單的問(wèn)題因資源的局限性變得更為復(fù)雜，如何延長(zhǎng)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的使用壽命成為了重中之重的目

3、標(biāo)。 路由協(xié)議是任何類型的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)所必備的關(guān)鍵技術(shù)之一，其性能影響和決定了整個(gè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的性能和壽命。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特殊需求和技術(shù)特點(diǎn)給路由協(xié)議提出了高能效、可擴(kuò)展、健壯性好、支持?jǐn)?shù)據(jù)融合等設(shè)計(jì)目標(biāo)。 本文首先對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行了分析研究，并對(duì)各種具有代表性的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議進(jìn)行了分類、分析和對(duì)比，特別對(duì)基于層次結(jié)構(gòu)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議進(jìn)行了深入地分析和研究。在此基礎(chǔ)上提出了針對(duì)節(jié)點(diǎn)眾多的層

4、次網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的簇內(nèi)路由算法。取得的主要成果如下： (1)針對(duì)無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)能量有限的特點(diǎn)，在已有的分層網(wǎng)絡(luò)模式下，通過(guò)對(duì)最小跳數(shù)路由算法的優(yōu)化，將其應(yīng)用于分層網(wǎng)絡(luò)中的簇內(nèi)路由，使傳感器節(jié)點(diǎn)僅需記憶自己唯一的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)就可將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至簇頭節(jié)點(diǎn)，同時(shí)引入能量水平這一參數(shù)，對(duì)低能量節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了有效的保護(hù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，此方法能夠有效地達(dá)到節(jié)省節(jié)點(diǎn)能量和延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)壽命的目標(biāo)。 (2)被動(dòng)式工作環(huán)境下，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)有其獨(dú)特的特點(diǎn)。在已有

5、的基于簇的數(shù)據(jù)傳輸模式的基礎(chǔ)上提出了簇中建簇的新的傳輸方法。簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)被喚醒后并不是直接向簇頭發(fā)送數(shù)據(jù)，而是先分別向簇頭發(fā)出數(shù)據(jù)發(fā)送請(qǐng)求，簇頭在收到所有請(qǐng)求后，統(tǒng)一處理，將所有被喚醒節(jié)點(diǎn)再次組建為簇內(nèi)簇(大簇中包含小簇)，并隨機(jī)的選取簇首領(lǐng)節(jié)點(diǎn)。利用本文中提出的BFCC算法快速形成最小代價(jià)場(chǎng)，由小簇簇首領(lǐng)收集數(shù)據(jù)后在轉(zhuǎn)發(fā)給大簇簇頭。從而消除了數(shù)據(jù)沖突現(xiàn)象，并節(jié)省了大部分節(jié)點(diǎn)的傳輸能耗，延長(zhǎng)了網(wǎng)絡(luò)壽命。 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的研究