無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇路由系統(tǒng)及自組織機(jī)制的研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、大量低成本的傳感器節(jié)點(diǎn)被隨機(jī)散播在監(jiān)測(cè)區(qū)內(nèi)，它們通過(guò)自組織形式組成一個(gè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。傳感器節(jié)點(diǎn)處理、存儲(chǔ)能力有限，而且一旦被部署，人類將無(wú)法干預(yù)，所以，節(jié)點(diǎn)的能量成為限制整個(gè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)生存期的主要原因，如何減少網(wǎng)絡(luò)能耗、延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)壽命成為研究的熱點(diǎn)之一。另外，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是面向特定任務(wù)的應(yīng)用型網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，例如偵測(cè)森林火災(zāi)、監(jiān)視敵方戰(zhàn)場(chǎng)等等，這就需要無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)能夠高效率地分配任務(wù)，以確保任務(wù)能夠被實(shí)時(shí)、快速地完成。因此，如何高

2、效率地分配任務(wù)同樣成為無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究的熱門課題?；谝陨嫌懻?，本文主要針對(duì)分簇路由及任務(wù)分配問(wèn)題做了以下兩個(gè)工作:
　　(1)分簇路由協(xié)議方面。分簇路由協(xié)議是通過(guò)分層的方式將網(wǎng)絡(luò)劃分為若干簇群，簇群內(nèi)的CH融合數(shù)據(jù)并發(fā)送給基站或用戶，其解決的是如何在傳感器節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)匯聚節(jié)點(diǎn)之間建立快捷、高效的數(shù)據(jù)傳輸路徑，從而減少網(wǎng)絡(luò)能耗、延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)壽命。但現(xiàn)有的分簇方法存在CH個(gè)數(shù)不穩(wěn)定、分布不均勻等問(wèn)題，從而影響了整個(gè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的生存期

3、。針對(duì)以上問(wèn)題，本文提出一種優(yōu)化的基于博弈論的分簇路由算法。傳統(tǒng)分簇路由協(xié)議是先選取CH然后普通節(jié)點(diǎn)選擇合適的CH從而形成若干簇群，而該算法是先將監(jiān)測(cè)區(qū)域劃分為合理數(shù)目的若干子區(qū)域，子區(qū)域內(nèi)再采用博弈的方式選取CH，CH收集、融合普通節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)并發(fā)送給基站或用戶;另外，加入了區(qū)域輪轉(zhuǎn)機(jī)制，當(dāng)某個(gè)子區(qū)域內(nèi)的節(jié)點(diǎn)全部做過(guò)CH后，則進(jìn)行區(qū)域輪轉(zhuǎn)以防止某個(gè)子區(qū)域內(nèi)節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)過(guò)少而造成區(qū)域內(nèi)網(wǎng)絡(luò)中斷;同時(shí)，還加入了概率歸零機(jī)制、通過(guò)周期循環(huán)的方式更

4、換CH，防止某些節(jié)點(diǎn)因頻繁作為CH而失效。該算法能使CH分布更加均勻，節(jié)點(diǎn)的能量消耗更加均衡，有利于提高網(wǎng)絡(luò)生命期、延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間、均衡網(wǎng)絡(luò)負(fù)載。最后，通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)證明了該算法的優(yōu)越性。
　　(2)任務(wù)分配方面。多數(shù)現(xiàn)有任務(wù)分配研究只專注于網(wǎng)絡(luò)能耗的節(jié)省以及將任務(wù)映射和調(diào)度到多個(gè)傳感器上來(lái)確保任務(wù)可以在截止日期之前完成，然而，一個(gè)重要方面卻被忽略，即無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在任務(wù)分配中的自組織機(jī)制。本文考慮復(fù)雜任務(wù)分配的問(wèn)題（即任務(wù)需要不

5、同的資源來(lái)執(zhí)行），為了保證任務(wù)的實(shí)時(shí)分配，本文提出了一種面向復(fù)雜任務(wù)的自組織機(jī)制調(diào)整算法。該算法根據(jù)傳感器以往的任務(wù)分配信息和經(jīng)驗(yàn)，改變頻繁被遍歷的傳感器節(jié)點(diǎn)的連接方式，形成一條任務(wù)分配路徑，其主要作用是將任務(wù)分配給適當(dāng)?shù)?、可以協(xié)同執(zhí)行任務(wù)的節(jié)點(diǎn)。另外，在管理器節(jié)點(diǎn)和目標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間建立一個(gè)有效的路徑來(lái)提高任務(wù)分配效率，這樣，當(dāng)節(jié)點(diǎn)執(zhí)行下一次任務(wù)時(shí)，能夠更快速地遍歷到所需的傳感器節(jié)點(diǎn)，縮短了任務(wù)需求資源與節(jié)點(diǎn)資源的匹配時(shí)間，從而保證能夠?qū)崟r(shí)