基于節(jié)能的無線傳感器網絡路由機制及算法研究.pdf

1、近年來，微機電系統(tǒng)(MEMS)、低功耗高集成度電子器件及無線通信技術的快速發(fā)展，導致低成本、微體積、多功能的無線傳感器節(jié)點設備的出現。在未來幾年內，無線傳感器網絡(WSN)將對幾乎所有的工業(yè)領域和人們的日常生活帶來巨大影響。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，其節(jié)點能量有限、存儲能力很小、傳輸距離有限，能量問題成為影響無線傳感器網絡性能的關鍵問題。路由機制從網絡層決定整個網絡的工作狀態(tài)，簡單、有效、低功耗的路由成為

2、高性能網絡的重要指標。以能量優(yōu)化為目標，本文主要研究了基于簇的無線傳感器網絡分層路由技術，其中包括簇內節(jié)點的數據傳輸、簇的動態(tài)生成過程、簇間信息交互以及基于應用的網內路由解決方案。 首先，本文提出了一種簇內基于最小跳數的路由算法。網絡總體采用基于簇的分層結構，然后在簇內采用基于最小跳數的路由模式進行數據采集與傳輸。這種結構充分發(fā)揮了簇內節(jié)點數量較多時，最小跳數路由的優(yōu)勢，可以保證任何節(jié)點發(fā)出的信息都沿著最優(yōu)的路徑向簇首傳輸，并且

3、在網絡內所引起的信息包數量最少。所有節(jié)點只要記憶自己的最小跳數和一跳范圍內的轉發(fā)節(jié)點集，就可以實現信息路由。新加入的節(jié)點只要向自己周圍的一跳鄰居發(fā)出注冊信息即可加入網絡，從而達到了提高網絡性能、降低網絡能耗的目的。 接著，本文提出了一個基于節(jié)點聚合度的動態(tài)分簇路由算法。它以節(jié)點的聚合度為依據，將網內節(jié)點分簇，利用聚合節(jié)點間關系緊密的特點，降低網絡頻繁整體分簇的管理能耗。這樣建立的簇內節(jié)點互相聯系密切，同時降低了簇之間的節(jié)點重疊。

4、在簇內，采用動態(tài)分簇的理念，結合簇重組和簇的自愈機制，使得路由協議具有動態(tài)平衡節(jié)點能耗的特點。簇首間采用多跳的數據傳輸模式，降低了傳輸能耗，從而達到延長網絡壽命的目的。 針對按需網絡環(huán)境的特點，本文提出了一種簇中建鏈的路由算法。在按需網絡環(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中節(jié)點能量的集中消耗，但是簇內節(jié)點通信過程中的功耗均衡問題是個大問題。鏈式信通過將簇內節(jié)點組鏈，使得數據在從源節(jié)點向簇首的傳輸過程中就得到了充

5、分的融合，降低了傳輸能耗。鏈首作為簇首的代理節(jié)點，分擔了簇首的工作，降低了簇首的能耗，而鏈首的動態(tài)更換使得節(jié)點間的能耗更加平均。 針對無線傳感器網絡與實際應用相結合的特點，本文提出了一種能夠解決網內可移動節(jié)點運動過程中與靜態(tài)節(jié)點順利通信問題的移動節(jié)點路由算法。把基于移動代理的信息處理過程擴展到簇內，將移動節(jié)點在簇內沿最優(yōu)路徑收集數據的問題等價成一個頂點加權的游客問題，通過采用一種新的近似算法，由簇首計算出移動節(jié)點在簇內運動的最佳