無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)能路由的研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Network，簡稱WSN)是由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)大量的廉價微型傳感器節(jié)點(diǎn)組成，通過無線通信方式形成的一個多跳的自組織的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中感知對象的信息，并發(fā)送給觀察者。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)就是將邏輯上的信息世界與客觀上的物理世界融合在一起，改變了人類與自然界的交互方式。它不同于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，其能量受限制，且無線傳感器節(jié)點(diǎn)通常被布置在高危區(qū)域或無人值守區(qū)域，供電電池

2、在電能耗盡后無法更換，導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)退出網(wǎng)絡(luò)。因此，能量的高效性成為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)首要的性能指標(biāo)。
　　 本文圍繞實(shí)現(xiàn)低功耗的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)，從分簇算法入手，結(jié)合功率控制、數(shù)據(jù)融合及RSSI測距技術(shù)，對無線傳感器網(wǎng)路由協(xié)議的節(jié)能性進(jìn)行研究，并給出改進(jìn)算法。本文主要研究成果如下：
　　 首先，從無線傳感器網(wǎng)的結(jié)構(gòu)入手，對物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層及應(yīng)用層的關(guān)鍵技術(shù)開展了研究，針對無線傳感器網(wǎng)路由協(xié)議的特殊性，深入分析了典型

3、路由協(xié)議的優(yōu)點(diǎn)和局限，確定分簇算法結(jié)合功率控制、數(shù)據(jù)融合及RSSI測距技術(shù)的方法，改善路由協(xié)議的節(jié)能性。
　　 其次，建立能量及網(wǎng)絡(luò)生存模型，為路由協(xié)議的定量分析提供依據(jù)。通過改變目標(biāo)區(qū)域的面積，單位面積內(nèi)節(jié)點(diǎn)密度等參數(shù)，得到參數(shù)不同的無線傳感器網(wǎng)以PEGASIS算法成網(wǎng)后一次通信的總能耗曲線。通過分析曲線，提出了節(jié)點(diǎn)分區(qū)成鏈型PEGASIS算法(D-PEGASIS)。D-PEGASIS算法通過使用節(jié)點(diǎn)自組蜂窩分區(qū)方式，在不增加

4、節(jié)無線傳感器節(jié)點(diǎn)造價的前提下，進(jìn)一步提高了PEGASIS算法的節(jié)能性；在上層骨干網(wǎng)的組建上，改進(jìn)算法借鑒多層成簇路由的思想，采用多跳最近的方法確定下跳節(jié)點(diǎn)。通過對D-PEGASIS及PEGASIS的仿真比較，可知D-PEGASIS算法的數(shù)據(jù)傳輸量為PEGASIS算法的兩倍，且成倍減PEGASIS算法通信過程中的延時。
　　 接著，分析了分簇算法中簇頭負(fù)載均衡度模型，并結(jié)合實(shí)際成網(wǎng)情況提出了可以通過均衡集簇算法，均勻簇頭分布及限制

5、簇頭負(fù)載，得到節(jié)能性最佳的負(fù)載均衡值。針對無線傳感器網(wǎng)以LEACH算法成網(wǎng)時，網(wǎng)絡(luò)能量消耗負(fù)載敏感的特性，提出均衡集簇分層型路由協(xié)議(LEACH-LBF)，解決LEACH協(xié)議在實(shí)現(xiàn)中會出現(xiàn)個數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離期望值和分布位置集中在網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域一側(cè)的現(xiàn)象的問題。通過對LEACH-LBF及LEACH的仿真比較，可知LEACH-LBF算法的網(wǎng)絡(luò)的生存期是LEACH協(xié)議的兩倍。
　　 最后，使用IAR開發(fā)平臺，在EMBEE實(shí)驗(yàn)箱上，實(shí)現(xiàn)以LEA

6、CH及LEACH-LBF算法形成的多節(jié)點(diǎn)間無線多跳路由。在PC機(jī)上利用LabVIEW分析傳到基站的數(shù)據(jù)，并對通信結(jié)果進(jìn)行監(jiān)控及保存。對通信結(jié)果的分析后，可以證明LEACH-LBF算法的可實(shí)現(xiàn)性，及對LEACH算法在網(wǎng)絡(luò)生存時間上進(jìn)行了優(yōu)化。
　　 綜上所述，本文提出的改進(jìn)算法及對算法的硬件實(shí)現(xiàn)，給路由協(xié)議節(jié)能性的研究提供了新的方法和途徑，為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際使用提供了一個實(shí)例，對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的能量高效性做了有益的探索，能夠在