無線傳感器網(wǎng)絡中能量感知路由協(xié)議的研究與實現(xiàn).pdf

1、隨著通信技術(shù)、嵌入式計算技術(shù)和傳感器技術(shù)的飛速發(fā)展與日益成熟，生產(chǎn)具備感知能力、計算能力和通信能力的微型傳感器已經(jīng)成為可能。無線傳感器網(wǎng)絡綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式計算技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)和通信技術(shù)，從而使傳感器節(jié)點能夠協(xié)作地實時監(jiān)測、感知、采集網(wǎng)絡分布區(qū)域內(nèi)的各種環(huán)境信息或監(jiān)測對象的信息。大量廉價、低功耗的傳感器節(jié)點部署在觀測區(qū)域內(nèi)，每個節(jié)點可以與其通信半徑內(nèi)的鄰居節(jié)點通信，通過自組織的方式，共同構(gòu)成一個高度靈活的、低能耗的網(wǎng)絡。由

2、于節(jié)點由電池供電，存在能量約束，加之環(huán)境因素，整個網(wǎng)絡的生命期不可避免地受到影響。因此，合理地利用網(wǎng)絡能量是傳感器網(wǎng)絡協(xié)議設計所面臨的首要問題。 網(wǎng)絡數(shù)據(jù)的傳輸離不開路由協(xié)議。在無線傳感器網(wǎng)絡中，路由協(xié)議需要高效利用能量；同時由于節(jié)點數(shù)目較大，節(jié)點只能獲取局部拓撲結(jié)構(gòu)信息，路由協(xié)議要能在局部網(wǎng)絡信息的基礎上選擇合適的路徑。此外，傳感器網(wǎng)絡的路由協(xié)議具有應用相關性，不同應用中的協(xié)議可能差別很大。現(xiàn)有的路由協(xié)議主要存在以下典型的缺陷

3、：(1)平面路由協(xié)議：不進行網(wǎng)絡拓撲維護，且存在消息的“內(nèi)爆”(1mplosion)和“重疊”(Overlap)問題；(2)層次型路由協(xié)議：在簇頭選擇時缺乏對節(jié)點地理位置的考慮，不能保證簇頭節(jié)點的均勻分布；或者僅解決骨干網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)形成的問題，缺少在同一簇內(nèi)進行簇頭節(jié)點的動態(tài)更換。 隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展和不同應用的需要，無線傳感器網(wǎng)絡趨向于大規(guī)模、可擴展、高靈活，因此采用層次型路由協(xié)議對網(wǎng)絡進行分簇，并且簇內(nèi)、簇間同時協(xié)調(diào)工作將

4、更加適應現(xiàn)實的需求。本文從有效利用傳感器節(jié)點的能量出發(fā)，利用網(wǎng)格狀二層分簇結(jié)構(gòu)，分別在簇內(nèi)進行動態(tài)簇頭選舉和簇間的可靠路由方面展開路由的研究，并作性能的仿真與對比。此外，在實驗室提供的實驗床基礎上，本文實現(xiàn)了路由協(xié)議的原型，并對協(xié)議進行了有效的驗證。本文的主要工作體現(xiàn)在以下幾個方面： (1) 提出一個無線傳感器網(wǎng)絡的路由協(xié)議框架：該框架由三個模塊組成，分別為基于網(wǎng)格的分簇模塊、簇內(nèi)動態(tài)簇頭選舉模塊和簇問路由模塊； (2)

5、 采用基于節(jié)點地理位置的網(wǎng)格狀分簇機制進行拓撲維護，借助連通支配集的性質(zhì)進行骨干網(wǎng)絡連通性維護； (3) 提出并實現(xiàn)了一個動態(tài)簇頭選舉算法：根據(jù)節(jié)點的能量，使剩余能量大的節(jié)點具有較大概率成為簇頭節(jié)點，并且實現(xiàn)簇頭的自動輪換； (4) 提出并實現(xiàn)基于路徑代價和剩余能量的簇間多跳路由：簇間根據(jù)最小路徑代價和簇頭的剩余能量，在簇頭之間建立路由表，通過合理調(diào)整參數(shù)，網(wǎng)絡中的所有簇頭節(jié)點只需通過一次廣播即可建立最優(yōu)路徑；