基于定向天線的WSN分簇路由算法研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，以下簡(jiǎn)稱WSN（Wireless Sensor Network）。WSN由大量的具有感應(yīng)，計(jì)算和無線通信功能的節(jié)點(diǎn)構(gòu)成。在WSN中節(jié)點(diǎn)使用不可更換和修復(fù)的電池，所以在WSN的路由算法設(shè)計(jì)中，電池能量的有效利用（energy-aware）是一個(gè)至關(guān)重要的因素。
　　本文針對(duì)WSN的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和能量消耗特性，首先分析了WSN路由算法設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵因素，介紹了在眾多WSN路由算法中具有代表性的一些協(xié)議和算法，并且分析了它

2、們的優(yōu)劣。在眾多的路由協(xié)議中，具有代表性的算法是定向傳播和分簇路由。定向傳播基本思想是節(jié)點(diǎn)感應(yīng)數(shù)據(jù)然后定向地朝著基站方向傳輸從而達(dá)到盡量避免在網(wǎng)內(nèi)無方向的傳播的目的，分簇路由的基本思想是網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)根據(jù)地理位置臨近程度和能量消耗情況形成不同的簇群，其中簇成員負(fù)責(zé)感應(yīng)數(shù)據(jù)，簇頭負(fù)責(zé)收集和處理節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)然后傳輸給基站。這兩種算法都為WSN帶來了很大的能量節(jié)省，但是這兩種路由算法各具有優(yōu)缺點(diǎn)，并且由于兩種路由協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)機(jī)制不同。所以后續(xù)研究中

3、，這兩種思想沒有同時(shí)在一個(gè)單一的路由算法中實(shí)現(xiàn)。在以往 WSN路由算法設(shè)計(jì)中，全向天線是唯一的選擇，這也是這兩種路由思想無法同時(shí)實(shí)現(xiàn)的另一個(gè)原因。本文基于多級(jí)分簇的概念，利用定向天線能給WSN網(wǎng)絡(luò)帶來了能量節(jié)省和定向高效傳播的優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)了一種新的WSN多級(jí)分簇路由算法-CBDA（Cluster-based routing algorithm with directional antenna utilization for Wireles

4、s Sensor Network）。本文介紹了定向天線的選用以及天線的特性，接著在NS-2系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了可以滿足CBDA算法需求的定向天線類。本文在NS-2系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了WSN的LEACH（Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy）算法和CBDA算法，并且對(duì)LEACH和CBDA算法在能量有效性方面進(jìn)行了仿真和比較。仿真結(jié)果顯示，在同樣網(wǎng)絡(luò)配置和網(wǎng)絡(luò)性能的條件下，CBDA比LEACH讓W(xué)SN網(wǎng)絡(luò)壽命延長(zhǎng)