無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于連通圖的分簇路由協(xié)議(CRPCG)的研究.pdf

1、隨著微電子技術(shù)、低功耗嵌入式技術(shù)、無線通信技術(shù)以及分布式信息處理技術(shù)的飛速發(fā)展，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN，Wireless Sensor Network)成為了當(dāng)今科技的熱點(diǎn)，被譽(yù)為第三次技術(shù)革命。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有以下特點(diǎn)：有限的節(jié)點(diǎn)能量、無線自組織網(wǎng)絡(luò)、低功耗低成本部署、以數(shù)據(jù)為中心和應(yīng)用相關(guān)性。因此，針對不同的應(yīng)用需求，開發(fā)相應(yīng)的通信協(xié)議成為了當(dāng)前研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。
　　 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議大致分為平面路由協(xié)議和層次路由

2、協(xié)議兩種。本文通過分析幾種經(jīng)典的路由協(xié)議，如SPIN、LEACH和HEED等，歸納了它們的不足之處，提出了一種基于連通圖的分簇路由協(xié)議CRPCG(Clustering Routing Protocol Based on Connected Graph)。
　　 CRPCG協(xié)議主要是針對基于樹結(jié)構(gòu)的簇間多跳路由協(xié)議的不足而提出的。其基本思想是：在分簇協(xié)議的簇頭選舉、簇的形成和簇的路由等三個(gè)方面分別優(yōu)化，最終形成一個(gè)由基站和所有簇頭

3、構(gòu)成的連通圖，利用圖論中的相關(guān)優(yōu)秀算法，均衡節(jié)點(diǎn)的能量和延長網(wǎng)絡(luò)生存周期，同時(shí)保證整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的連通性和可靠性，提高了鏈路質(zhì)量。協(xié)議在以下三個(gè)階段做了改進(jìn)：(1)在簇頭選舉和成員入簇階段，綜合考慮了節(jié)點(diǎn)的剩余能量、節(jié)點(diǎn)的密集度和通信代價(jià)，使簇頭分布更加均勻，均衡了簇的規(guī)模和能量消耗；(2)在簇的形成階段，由基站和所有簇頭形成連通圖，解決了樹結(jié)構(gòu)的局限性和本質(zhì)上的缺陷，而又不失采用樹結(jié)構(gòu)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咝?，即使局部簇頭失效，仍然可以保證其它簇

4、頭和基站的連通性；(3)在數(shù)據(jù)傳輸階段，由于構(gòu)成連通圖時(shí)的巧妙設(shè)計(jì)，保證了簇內(nèi)和簇間數(shù)據(jù)傳輸基本上采用自用空間能量模型，有效地降低了傳輸時(shí)能量的損耗，可以基于實(shí)際需求選擇不同的傳輸路徑到基站，保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，同時(shí)進(jìn)一步均衡簇頭間的能量消耗。
　　 仿真實(shí)驗(yàn)表明，CRPCG協(xié)議相比LEACH協(xié)議可以明顯的延長網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間，均衡網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的能量。尤其是在簇間數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院蜁r(shí)效性，還可以防止網(wǎng)絡(luò)局部失效，顯