三峽庫區(qū)水環(huán)境監(jiān)測網絡的節(jié)能路由協議研究.pdf

1、長江三峽工程是舉世矚目的特大型水利工程，其在防洪、發(fā)電以及航運等方面帶來了巨大的經濟效益以及社會效益。因此，三峽庫區(qū)的生態(tài)環(huán)境健康狀況得到了相國家關部門的高度重視，庫區(qū)的水環(huán)境監(jiān)測也成為了一個研究熱點。然而現有的監(jiān)測方法、手段以及設備已不再能夠滿足監(jiān)測需求，迫切地需要采用新的技術手段以提高對庫區(qū)水環(huán)境監(jiān)測的能力。
　　無線傳感器網絡是由大量廉價、低功耗的傳感器節(jié)點組成，并通過自組織的方式形成多跳網絡，具有對監(jiān)測區(qū)域實時的感知、數據

2、處理、存儲以及傳輸的能力。因此將傳感器節(jié)點部署于三峽庫區(qū)，構建一種面向庫區(qū)的水環(huán)境監(jiān)測網絡，對于實現庫區(qū)水質的實時、連續(xù)、高效的監(jiān)測，以及提升我國水環(huán)境監(jiān)測理論水平和應用水平具有重要的理論和現實意義。
　　在三峽庫區(qū)水環(huán)境監(jiān)測網絡中，節(jié)點數目龐大，并采用電池供電，節(jié)點一旦耗盡能量不方便更換電池或者再充電。因此高效管理節(jié)點的能量至關重要，這對于節(jié)省節(jié)點能量、延長監(jiān)測網絡的使用壽命具有重要作用。傳感器網絡中節(jié)點通信模塊在數據的收發(fā)過程

3、中耗費了節(jié)點絕大部分的能量，可通過優(yōu)化路由協議提高通信模塊的能耗效率。本文以三峽庫區(qū)水環(huán)境監(jiān)測為應用背景，結合三峽庫區(qū)典型的帶狀分布特性，研究無線傳感器網絡中基于分簇結構的節(jié)能路由協議，主要貢獻列舉如下:
　　(1)提出了一種基于博弈理論的分簇路由協議，在分簇過程中節(jié)點只需和鄰居節(jié)點交互，具有完全分布式的特點，適用于三峽庫區(qū)帶狀分布網絡。
　　(2)在采用博弈理論對分簇路由中的簇頭節(jié)點選擇問題建模時，引入了懲罰機制懲罰節(jié)點的

4、自私行為，并根據節(jié)點的剩余能量決定懲罰力度。節(jié)點通過與其鄰居節(jié)點博弈得到成為簇頭的均衡概率，根據此概率決定是否成為簇頭可在節(jié)省能量和提供網絡服務之間達到一種均衡效果。
　　(3)根據均衡概率決定成為簇頭的節(jié)點作為臨時簇頭節(jié)點，需進一步競選真正簇頭，以避免相鄰的節(jié)點同時成為簇頭，同時讓簇頭節(jié)點覆蓋范圍盡可能廣。
　　(4)根據簇頭節(jié)點到基站的距離以及簇頭節(jié)點的度設計代價函數，普通節(jié)點根據簇頭節(jié)點的代價選擇合適的簇頭加入形成簇，