無線傳感器網(wǎng)絡(luò)基于分簇的多路徑路由算法研究.pdf

1、隨著微機(jī)電技術(shù)、傳感技術(shù)、通信技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，易分布、低功耗的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究在世界范圍內(nèi)越來越受到重視。在軍事、商業(yè)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。與傳統(tǒng)的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)相比，它具有能量受限、計算能力受限、多跳通信、無中心自組織及拓?fù)鋭討B(tài)變化等特點(diǎn)。它是一種面向應(yīng)用的以數(shù)據(jù)為中心的網(wǎng)絡(luò)，因此，傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的路由機(jī)制并不適用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，必須設(shè)計與之相應(yīng)的路由機(jī)制。在一些應(yīng)用場合，需要無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)

2、能快速的自組織成一個連通可靠的網(wǎng)絡(luò)，提供數(shù)據(jù)分組穩(wěn)定、高吞吐量、能量高效的傳輸。本論文主要研究無線傳感器節(jié)點(diǎn)在隨機(jī)部署條件下的分簇多路徑路由協(xié)議，并依次研究了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)隨機(jī)部署技術(shù)、分簇算法，穩(wěn)定多路徑路由算法和基于分簇的多路徑路由算法，并對上述各算法進(jìn)行理論分析與仿真。具體研究內(nèi)容為： (1)研究無線傳感器網(wǎng)絡(luò)隨機(jī)部署技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞暮脡臅绊懝?jié)能、網(wǎng)絡(luò)效率及網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量等方面。在隨機(jī)部署情況下，在一定的區(qū)域范圍內(nèi)，需要部

3、署合適數(shù)量的節(jié)點(diǎn)，才能保證其組成一個連通網(wǎng)絡(luò)，并達(dá)到節(jié)能高效的目的。文章根據(jù)不同部署條件，建立隨機(jī)部署條件下的數(shù)學(xué)模型，并對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)部署數(shù)學(xué)模型進(jìn)行仿真，得到無線傳感器網(wǎng)絡(luò)部署方面的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系表達(dá)式。 (2)研究無線傳感器網(wǎng)絡(luò)隨機(jī)部署條件下基于連通可靠度的分簇算法。本文在研究一些分簇算法基礎(chǔ)上，提出了基于連通可靠度約束的、適合大規(guī)模無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)隨機(jī)部署的快速成簇算法?；谶B通可靠度約束的快速成簇算法得到的分簇覆蓋面廣、簇

4、頭分布合理、穩(wěn)定性強(qiáng)，與最小ID分簇算法及最大連接數(shù)分簇優(yōu)化算法相比，得到簇頭數(shù)量少，分簇更合理，各成員節(jié)點(diǎn)與簇頭的連通可靠度好，更好保證網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性與健壯性，減少網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)開銷帶來的通信代價。仿真結(jié)果表明，基于連通可靠度的快速分簇算法有利于均衡網(wǎng)絡(luò)能量消耗，延長網(wǎng)絡(luò)生命周期。 (3)研究無線傳感器網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定多路徑路由機(jī)制，提出了一種新的多路徑路由選擇算法-能量優(yōu)先分級變化的多路徑路由算法EPMRA(Energy Priority-

5、Variety Multi-Path Routing Algorithm)。EPMRA根據(jù)路由跳數(shù)、剩余能量參數(shù)、能量消耗參數(shù)，利用網(wǎng)絡(luò)完成數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)時的歷史數(shù)據(jù)，在多條可選路由中，根據(jù)參數(shù)動態(tài)計算選擇健壯、可靠性高、負(fù)載均衡的路由，使能量消耗更均勻，傳輸更可靠，有利于無線網(wǎng)絡(luò)的生命周期延長。在TOSSIM環(huán)境下仿真，結(jié)果顯示EPMRA算法在節(jié)能、穩(wěn)定性及延長網(wǎng)絡(luò)生命周期等方面，性能更優(yōu)。 (4)研究基于分簇的多路徑路由。本文

6、在研究分簇路由和多路徑路由的路由機(jī)制基礎(chǔ)上，提出了基于簇指揮路徑的多路徑路由(CDPMK)算法。基于分簇的路由具有擴(kuò)展性強(qiáng)、數(shù)據(jù)融合簡單、能量利用高效等特點(diǎn)，成為當(dāng)前路由研究的重點(diǎn)。CDPMR與平面的多路徑路由算法相比，擴(kuò)展性好，控制負(fù)載低；與其它的基于分簇路由算法相比，由于簇頭不參與監(jiān)控信息數(shù)據(jù)的傳輸，只負(fù)責(zé)管理和路由生成指揮功能，因此網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涓€(wěn)定，并減少網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)開銷帶來的通信代價。其多路徑特征，不僅能滿足一定QoS服務(wù)質(zhì)量，同時有