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

1、近年來(lái)，微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)、低功耗高集成度電子器件及無(wú)線(xiàn)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(wú)線(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)備的出現(xiàn)。在未來(lái)幾年內(nèi)，無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)將對(duì)幾乎所有的工業(yè)領(lǐng)域和人們的日常生活帶來(lái)巨大影響。然而，由于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)具有電池供電、不可回收等特點(diǎn)，其節(jié)點(diǎn)能量有限、存儲(chǔ)能力很小、傳輸距離有限，能量問(wèn)題成為影響無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)性能的關(guān)鍵問(wèn)題。路由機(jī)制從網(wǎng)絡(luò)層決定整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的工作狀態(tài)，簡(jiǎn)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?jī)?yōu)化為目標(biāo)，本文主要研究了基于簇的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)分層路由技術(shù)，其中包括簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸、簇的動(dòng)態(tài)生成過(guò)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(diǎn)數(shù)量較多時(shí)，最小跳數(shù)路由的優(yōu)勢(shì)，可以保證任何節(jié)點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)集，就可以實(shí)現(xiàn)信息路由。新加入的節(jié)點(diǎn)只要向自己周?chē)囊惶従影l(fā)出注冊(cè)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(gè)基于節(jié)點(diǎn)聚合度的動(dòng)態(tài)分簇路由算法。它以節(jié)點(diǎn)的聚合度為依據(jù)，將網(wǎng)內(nèi)節(jié)點(diǎn)分簇，利用聚合節(jié)點(diǎn)間關(guān)系緊密的特點(diǎn)，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(diǎn)互相聯(lián)系密切，同時(shí)降低了簇之間的節(jié)點(diǎn)重疊。

4、在簇內(nèi)，采用動(dòng)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(dòng)態(tài)平衡節(jié)點(diǎn)能耗的特點(diǎn)。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(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)壽命的目的。 針對(duì)按需網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的特點(diǎn)，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(diǎn)能量的集中消耗，但是簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)通信過(guò)程中的功耗均衡問(wèn)題是個(gè)大問(wèn)題。鏈?zhǔn)叫磐ㄟ^(guò)將簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)組鏈，使得數(shù)據(jù)在從源節(jié)點(diǎn)向簇首的傳輸過(guò)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(diǎn)，分擔(dān)了簇首的工作，降低了簇首的能耗，而鏈?zhǔn)椎膭?dòng)態(tài)更換使得節(jié)點(diǎn)間的能耗更加平均。 針對(duì)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合的特點(diǎn)，本文提出了一種能夠解決網(wǎng)內(nèi)可移動(dòng)節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中與靜態(tài)節(jié)點(diǎn)順利通信問(wèn)題的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)路由算法。把基于移動(dòng)代理的信息處理過(guò)程擴(kuò)展到簇內(nèi)，將移動(dòng)節(jié)點(diǎn)在簇內(nèi)沿最優(yōu)路徑收集數(shù)據(jù)的問(wèn)題等價(jià)成一個(gè)頂點(diǎn)加權(quán)的游客問(wèn)題，通過(guò)采用一種新的近似算法，由簇首計(jì)算出移動(dòng)節(jié)點(diǎn)在簇內(nèi)運(yùn)動(dòng)的最佳