基于節(jié)能的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由機(jī)制及算法研究.pdf

1、近年來，微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)、低功耗高集成度電子器件及無線通信技術(shù)的快速發(fā)展，導(dǎo)致低成本、微體積、多功能的無線傳感器節(jié)點設(shè)備的出現(xiàn)。在未來幾年內(nèi)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)將對幾乎所有的工業(yè)領(lǐng)域和人們的日常生活帶來巨大影響。然而，由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點具有電池供電、不可回收等特點，其節(jié)點能量有限、存儲能力很小、傳輸距離有限，能量問題成為影響無線傳感器網(wǎng)絡(luò)性能的關(guān)鍵問題。路由機(jī)制從網(wǎng)絡(luò)層決定整個網(wǎng)絡(luò)的工作狀態(tài)，簡單、有效、低功耗的路由成為

2、高性能網(wǎng)絡(luò)的重要指標(biāo)。以能量優(yōu)化為目標(biāo)，本文主要研究了基于簇的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分層路由技術(shù)，其中包括簇內(nèi)節(jié)點的數(shù)據(jù)傳輸、簇的動態(tài)生成過程、簇間信息交互以及基于應(yīng)用的網(wǎng)內(nèi)路由解決方案。 首先，本文提出了一種簇內(nèi)基于最小跳數(shù)的路由算法。網(wǎng)絡(luò)總體采用基于簇的分層結(jié)構(gòu)，然后在簇內(nèi)采用基于最小跳數(shù)的路由模式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與傳輸。這種結(jié)構(gòu)充分發(fā)揮了簇內(nèi)節(jié)點數(shù)量較多時，最小跳數(shù)路由的優(yōu)勢，可以保證任何節(jié)點發(fā)出的信息都沿著最優(yōu)的路徑向簇首傳輸，并且

3、在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所引起的信息包數(shù)量最少。所有節(jié)點只要記憶自己的最小跳數(shù)和一跳范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點集，就可以實現(xiàn)信息路由。新加入的節(jié)點只要向自己周圍的一跳鄰居發(fā)出注冊信息即可加入網(wǎng)絡(luò)，從而達(dá)到了提高網(wǎng)絡(luò)性能、降低網(wǎng)絡(luò)能耗的目的。 接著，本文提出了一個基于節(jié)點聚合度的動態(tài)分簇路由算法。它以節(jié)點的聚合度為依據(jù)，將網(wǎng)內(nèi)節(jié)點分簇，利用聚合節(jié)點間關(guān)系緊密的特點，降低網(wǎng)絡(luò)頻繁整體分簇的管理能耗。這樣建立的簇內(nèi)節(jié)點互相聯(lián)系密切，同時降低了簇之間的節(jié)點重疊。

4、在簇內(nèi)，采用動態(tài)分簇的理念，結(jié)合簇重組和簇的自愈機(jī)制，使得路由協(xié)議具有動態(tài)平衡節(jié)點能耗的特點。簇首間采用多跳的數(shù)據(jù)傳輸模式，降低了傳輸能耗，從而達(dá)到延長網(wǎng)絡(luò)壽命的目的。 針對按需網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的特點，本文提出了一種簇中建鏈的路由算法。在按需網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，基于簇的分層路由傳輸模式在一定程度上減輕了網(wǎng)中節(jié)點能量的集中消耗，但是簇內(nèi)節(jié)點通信過程中的功耗均衡問題是個大問題。鏈?zhǔn)叫磐ㄟ^將簇內(nèi)節(jié)點組鏈，使得數(shù)據(jù)在從源節(jié)點向簇首的傳輸過程中就得到了充

5、分的融合，降低了傳輸能耗。鏈?zhǔn)鬃鳛榇厥椎拇砉?jié)點，分擔(dān)了簇首的工作，降低了簇首的能耗，而鏈?zhǔn)椎膭討B(tài)更換使得節(jié)點間的能耗更加平均。 針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與實際應(yīng)用相結(jié)合的特點，本文提出了一種能夠解決網(wǎng)內(nèi)可移動節(jié)點運動過程中與靜態(tài)節(jié)點順利通信問題的移動節(jié)點路由算法。把基于移動代理的信息處理過程擴(kuò)展到簇內(nèi)，將移動節(jié)點在簇內(nèi)沿最優(yōu)路徑收集數(shù)據(jù)的問題等價成一個頂點加權(quán)的游客問題，通過采用一種新的近似算法，由簇首計算出移動節(jié)點在簇內(nèi)運動的最佳