基于分簇的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由節(jié)能技術(shù)研究.pdf

1、由于傳感器技術(shù)、低能耗電子和射頻技術(shù)的進(jìn)步，低能耗、廉價(jià)的無線傳感器得以大規(guī)模應(yīng)用，相應(yīng)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless SensorNetwork，WSN)應(yīng)運(yùn)而生。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量具有通信與計(jì)算能力的微小傳感器節(jié)點(diǎn)密集布設(shè)在無人值守的監(jiān)控區(qū)域而構(gòu)成的，能夠根據(jù)環(huán)境自主完成指定任務(wù)的“智能”自治測(cè)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)集成了傳感器、分布式信息處理、嵌入式計(jì)算和無線通信四種技術(shù)，是一種全新的信息獲取、處理和傳輸技術(shù)。無線傳感

2、器網(wǎng)絡(luò)的隨機(jī)布設(shè)、自組織、環(huán)境適應(yīng)等特點(diǎn)使其在軍事、環(huán)境、醫(yī)療、家庭和其它商業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景和很高的應(yīng)用價(jià)值，因此引起了工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的高度重視。 本文重點(diǎn)研究無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由算法，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)量龐大、單個(gè)節(jié)點(diǎn)資源極其有限，因此，節(jié)能技術(shù)是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)所必須關(guān)注的最重要的環(huán)節(jié)，其路由算法設(shè)計(jì)的首要目標(biāo)是提高能量有效性，延長網(wǎng)絡(luò)生命周期。本文從無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議和節(jié)能優(yōu)化的角度出發(fā)，進(jìn)行了如下研究：

3、 第一，總結(jié)了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷程、概念、結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)，介紹了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)各種相關(guān)的針對(duì)數(shù)據(jù)處理以及數(shù)據(jù)傳輸中采用的節(jié)能技術(shù)，研究了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議體系和路由算法的分類，分析和比較了目前國外學(xué)者提出的幾種有代表性的路由算法如泛洪式路由算法，層次式路由算法，以數(shù)據(jù)為中心的路由算法等，并通過分析比較了各自的性能及適用場(chǎng)合。 第二，有針對(duì)性的選擇了層次式分簇路由算法LEACH 作為研究重點(diǎn)，指出了其存在的問題，并針對(duì)其因?yàn)?/p>

4、簇首選舉的隨機(jī)性而導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)能量分布不均的缺點(diǎn)，提出了一種基于自適應(yīng)讓位策略的分簇算法，通過設(shè)定一個(gè)能量門限來衡量簇首的健康度，并采用讓位策略來使那些趨于衰亡的簇首能找到合適的繼任者來擔(dān)當(dāng)簇首，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，該算法能夠較LEACH獲得更長的網(wǎng)絡(luò)壽命，并提高了網(wǎng)絡(luò)的吞吐量。 第三，由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與物理通信環(huán)境的耦合程度遠(yuǎn)高于其他網(wǎng)絡(luò)，而無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的物理通信環(huán)境較為復(fù)雜，且動(dòng)態(tài)性較強(qiáng)。為了有效的節(jié)省能量，保證傳輸?shù)目煽?/p>

5、性，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由算法設(shè)計(jì)上應(yīng)該考慮物理通信環(huán)境的特點(diǎn)，如：射頻傳播不規(guī)則性，多徑衰落現(xiàn)象等。因此，可以考慮結(jié)合物理層采用特定的算法來保障和提高網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)馁|(zhì)量和效率，本文將無線通信中成熟的多輸入多輸出（MIMO）技術(shù)引入到單天線節(jié)點(diǎn)的無線傳感網(wǎng)中，有選擇的取代傳統(tǒng)的單輸入單輸出（SISO）傳輸方式。在綜合考慮了節(jié)點(diǎn)傳輸能量和系統(tǒng)能量因素后，得到了MIMO和SISO 兩種傳輸方式各自的適用范圍，并在此基礎(chǔ)上提出了一種基于分簇的協(xié)作式