無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)能路由算法的研究.pdf

1、隨著芯片技術(shù)、通信技術(shù)和傳感技術(shù)的飛速發(fā)展，目前傳感技術(shù)正邁入無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)新時(shí)代。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)由大量集成有傳感器、數(shù)據(jù)處理單元和無(wú)線通信模塊的微小節(jié)點(diǎn)組成，通過自組織方式構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，及時(shí)有效地將數(shù)據(jù)傳輸?shù)叫畔⒔邮斩?，可廣泛用于國(guó)防軍事、環(huán)境檢測(cè)、反恐抗災(zāi)、醫(yī)療衛(wèi)生以及交通管理等領(lǐng)域。 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)通常運(yùn)行在人無(wú)法接近的惡劣甚至危險(xiǎn)的遠(yuǎn)程環(huán)境中，節(jié)點(diǎn)靠電池供給能量，而電池能源又無(wú)法更換，所以通過有效的設(shè)計(jì)來(lái)節(jié)約節(jié)點(diǎn)能量、延長(zhǎng)網(wǎng)

2、絡(luò)生命周期成為國(guó)內(nèi)外研究的關(guān)鍵技術(shù)之一。 論文以節(jié)約能量、延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生命周期為主要目的，首先介紹了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的概念、體系結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)、應(yīng)用、研究現(xiàn)狀以及研究熱點(diǎn)問題，然后詳細(xì)研究了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中已經(jīng)提出的典型節(jié)能路由協(xié)議、數(shù)據(jù)融合算法和能量均衡算法，對(duì)各算法的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析和比較。本文的工作主要包括以下三個(gè)方面： 第一，為提高節(jié)點(diǎn)能量使用效率和延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生命周期，提出一種新的高能效的路由算法一基于簇頭預(yù)測(cè)和功率控制的節(jié)能

3、路由算法(CHFPC)，該算法利用能量和距離參數(shù)對(duì)簇頭進(jìn)行預(yù)測(cè)，并將功率控制這一機(jī)制引入分簇路由和數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中，從而使節(jié)點(diǎn)的平均能耗降低，并延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的生存時(shí)間。用OMNeT++仿真的結(jié)果表明CHFPC算法在網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間和網(wǎng)絡(luò)總剩余能量上比LEACH算法分別提高了23％和15％，而且節(jié)點(diǎn)生命周期也明顯長(zhǎng)于LEACH算法的。 第二，為解決現(xiàn)有數(shù)據(jù)融合算法中普遍的數(shù)據(jù)傳輸延時(shí)較大的問題，提出一種新穎的基于虛擬單元格的快速鏈?zhǔn)綌?shù)據(jù)融

4、合算法(CFDASC)，該算法利用節(jié)點(diǎn)的位置信息將節(jié)點(diǎn)歸屬于一個(gè)個(gè)的虛擬單元格中，單元格中的節(jié)點(diǎn)輪流充當(dāng)單元格內(nèi)數(shù)據(jù)融合的簇頭；將一串單元格的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合后發(fā)送給匯聚節(jié)點(diǎn)，從而使數(shù)據(jù)融合過程加快，降低數(shù)據(jù)的傳輸時(shí)延，同時(shí)減少了數(shù)據(jù)傳輸量，節(jié)約了節(jié)點(diǎn)能量，進(jìn)一步延長(zhǎng)了網(wǎng)絡(luò)的生命周期。用OMNeT++H仿真的結(jié)果表明CFDASC算法在分組平均傳輸延時(shí)指標(biāo)上比PEGASIS算法平均降低高達(dá)50.03％，而節(jié)點(diǎn)能量消耗只是略大于PEGASIS算

5、法，平均約高出6.07％。 第三，詳細(xì)分析和推導(dǎo)節(jié)點(diǎn)能量消耗不均衡與均衡兩種情況下無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的四個(gè)性能指標(biāo)--網(wǎng)絡(luò)生命周期、分組平均傳輸延遲、總能量消耗和網(wǎng)絡(luò)吞吐量，并進(jìn)行比較。比較的結(jié)果表明采用能量均衡策略的網(wǎng)絡(luò)的總體性能明顯優(yōu)于不采用能量均衡策略的網(wǎng)絡(luò)，因此在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中很有必要采取一定的能量均衡策略，以保證節(jié)點(diǎn)之間的能量消耗是均衡的。在此基礎(chǔ)上，提出一種能量均衡策略EBS，該策略通過對(duì)熱點(diǎn)節(jié)點(diǎn)的保護(hù)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的能量均