無線傳感器網絡中高能效路由技術的研究.pdf

1、無線傳感器網絡是當前計算機網絡研究中一個極為重要的研究領域，具有廣泛的應用前景。然而，由于無線傳感器網絡節(jié)點具有電池供電、不可回收等特點，導致其節(jié)點能量有限，能量問題成為影響無線傳感器網絡性能的關鍵問題。高效的利用傳感器節(jié)點有限的能量，盡可能的延長無線傳感器網絡的壽命是無線傳感器網絡應用研究的基礎內容。針對這一基礎研究，本文對無線傳感器網絡高能效路由技術進行了研究。
　　 1.針對異構無線傳感器網絡中異構節(jié)點的最優(yōu)部署和節(jié)點數(shù)據(jù)

2、的路由問題，提出了一種基于混合整數(shù)規(guī)劃的異構網絡分簇路由算法(CHNMIP)。首先以網絡中節(jié)點到Sink的等效路徑長度和最小為目標，將異構節(jié)點的優(yōu)化部署轉化為混合整數(shù)規(guī)劃問題，并利用分解算法進行求解，這種方法可以保證異構節(jié)點在最大程度上被優(yōu)化部署而且求解過程具有多項式復雜度；然后對網絡中的普通節(jié)點進行動態(tài)分簇，將其數(shù)據(jù)設置為簇結構的傳輸方式，使得任何節(jié)點的監(jiān)測數(shù)據(jù)都沿著最優(yōu)路徑向簇首或異構節(jié)點傳輸。CHNMIP克服了傳統(tǒng)異構傳感器網絡路

3、由算法中異構節(jié)點部署優(yōu)化程度不高、普通節(jié)點傳輸路徑單一的缺陷，降低了網絡能耗，使節(jié)點能量消耗更加均勻，延長了網絡生存時間。
　　 2.針對匯聚開銷和傳輸開銷相當?shù)膫鞲衅骶W絡，提出了一種綜合考慮匯聚開銷和傳輸開銷的最小能耗自適應匯聚路由算法(CMEAAT)。該算法的核心思想是構造一棵性能介于SPT和MST之間的傳播樹，以適應不同類型的網絡，并由匯聚開銷和傳輸開銷定義節(jié)點的匯聚得益，節(jié)點數(shù)據(jù)傳輸過程中，僅在匯聚得益大于零的節(jié)點處進行

4、匯聚，避免了不必要的匯聚開銷，解決了現(xiàn)有匯聚算法匯聚次數(shù)過多的問題；此外，自適應匯聚后的節(jié)點數(shù)據(jù)利用第二代小波零樹編碼算法(EZC-SGW)進行壓縮，以降低傳輸能耗。仿真實驗表明：與傳統(tǒng)匯聚路由相比，CMEAAT能有效減少節(jié)點能耗，顯著延長網絡壽命。
　　 3.根據(jù)無線傳感器網絡多跳傳輸?shù)奶攸c，利用動態(tài)規(guī)劃思想分別提出了最小能耗、能耗均衡和最小時延的優(yōu)化路由算法。運用動態(tài)規(guī)劃算法對傳感器網絡路徑進行優(yōu)化，使其具有高時效的特點。在

5、基于動態(tài)規(guī)劃的路由算法中，首先通過增加虛擬節(jié)點，將每個網絡節(jié)點明確劃分在唯一階段中，構造出滿足動態(tài)規(guī)劃標準的網絡模型；然后根據(jù)網絡設計目標，利用動態(tài)規(guī)劃算法逐步求解最優(yōu)傳輸路徑。所提出的算法克服了傳統(tǒng)優(yōu)化路由算法計算復雜度較高的不足，仿真結果表明，基于動態(tài)規(guī)劃思想所設計的以傳輸能耗最小為目標的路由算法LECR、以節(jié)點能量均衡為目標的路由算法EB-LECR和以傳輸時延最小為目標的路由算法LD-LECR，在能耗、能量均衡和時延等方面優(yōu)于傳統(tǒng)