基于Quorum系統(tǒng)的低鏈路時間成本路由選擇技術(shù)研究.pdf

1、隨著微電子技術(shù)和無線通信技術(shù)的不斷進(jìn)步，作為物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Networks，WSN）技術(shù)在最近幾年中得到了蓬勃發(fā)展。傳感器節(jié)點(diǎn)通常采用紐扣電池或干電池提供能量等硬件限制，因而對于傳感器節(jié)點(diǎn)而言能量異常珍貴。WSN節(jié)點(diǎn)經(jīng)常被布設(shè)在人員無法到達(dá)的惡劣環(huán)境，因而節(jié)點(diǎn)能量補(bǔ)給存在困難。如何提高全網(wǎng)能源利用效率、延長無線網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行周期是WSN必須面對的難題。對于WSN的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和路由算法優(yōu)化的

2、研究對延長無線網(wǎng)絡(luò)的生存時間具有重要的意義。而Quorum系統(tǒng)是一種以“冗余”設(shè)計為基礎(chǔ)的新型集合系統(tǒng)，研究發(fā)現(xiàn)將其應(yīng)用到WSN能夠大幅度減少節(jié)點(diǎn)能量損耗、改善網(wǎng)絡(luò)性能。本文針對WSN能量受限和低占空比WSN中的鄰居發(fā)現(xiàn)時延等問題，研究了基于Quorum系統(tǒng)的WSN低延遲可靠路由選擇算法。主要創(chuàng)新工作如下：
　　（1）針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的能量利用效率低下、生命周期短等問題，提出一種基于偏離度的非均勻分簇多跳路由算法—DDCH。算

3、法采取基于剩余能量的簇首選舉策略，簇首節(jié)點(diǎn)采用非均勻分簇的方式分成大小不均等的簇；成簇階段，每個簇首節(jié)點(diǎn)根據(jù)節(jié)點(diǎn)的能量和到 sink的距離等因素計算各自大小不同的成簇半徑，普通節(jié)點(diǎn)從剩余能量大于平均相鄰簇首剩余能量的簇首節(jié)點(diǎn)中選擇最近的簇首節(jié)點(diǎn)并加入簇；在構(gòu)建簇間路由樹時，協(xié)議提出一種利用偏離度的方式選擇候選下一跳簇首節(jié)點(diǎn)，然后根據(jù)成本函數(shù)選擇出最終下一跳簇首節(jié)點(diǎn)。在網(wǎng)絡(luò)一輪運(yùn)行結(jié)束后根據(jù)簇首節(jié)點(diǎn)的剩余能量判斷是否需要重新分簇，若不需要

4、分簇，則從剩余能量低的簇結(jié)構(gòu)內(nèi)，從高于平均能量的成員節(jié)點(diǎn)中選擇距離原簇首節(jié)點(diǎn)最近的節(jié)點(diǎn)，即最接近簇中心的節(jié)點(diǎn)作為新簇首節(jié)點(diǎn)。
　　（2）在 WSN中節(jié)點(diǎn)采用異步低占空比技術(shù)可以極大地避免節(jié)點(diǎn)長時間處于工作狀態(tài)而耗費(fèi)的大量能量，與此同時節(jié)點(diǎn)的低占空比喚醒會造成極大的端到端數(shù)據(jù)時延。針對這個問題本文設(shè)計一種基于 Quorum系統(tǒng)的異步自適應(yīng)低占空比WSN低時延可靠路由算法（Optimal-Reliable delay routing

5、algorithm for low duty cycle WSN based on Quorum,ORDA），將異步占空比網(wǎng)絡(luò)和實(shí)際鏈路模型相結(jié)合，在異步占空比WSN中節(jié)點(diǎn)在不同時刻的鄰居發(fā)現(xiàn)延遲也是在不斷變化的。每個節(jié)點(diǎn)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載選擇自身的Quorum類型，并利用Quorum特性來計算鄰居節(jié)點(diǎn)的重疊時隙個數(shù)；然后根據(jù)質(zhì)量進(jìn)一步計算出一跳范圍內(nèi)鄰居節(jié)點(diǎn)間的成功轉(zhuǎn)發(fā)預(yù)期值，并從成功轉(zhuǎn)發(fā)預(yù)期值最大的兩個節(jié)點(diǎn)中選擇平均延遲最少的節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)