無線傳感器網(wǎng)絡(luò)地理位置路由算法研究.pdf

1、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)成為近些年人們研究的熱點(diǎn)，而作為物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)之一的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)更是熱點(diǎn)中的關(guān)鍵點(diǎn)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種特殊的Ad-hoc網(wǎng)絡(luò)，因此其除了具有Ad-hoc網(wǎng)絡(luò)的一般特性之外，還具有自身的特點(diǎn)，尤其是硬件資源有限以及節(jié)點(diǎn)能量受限的特點(diǎn)，嚴(yán)重阻礙了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能量受限、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)目通常很大，傳統(tǒng)的無線網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議已不再適合無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議設(shè)計的一個主要目標(biāo)就是在執(zhí)行數(shù)據(jù)通信功能前

2、提下盡可能延長網(wǎng)絡(luò)的壽命，并通過積極的能量管理技術(shù)避免網(wǎng)絡(luò)連接性因節(jié)點(diǎn)能量不足而造成的惡化。
　　 由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的特殊性，使用傳統(tǒng)的路由協(xié)議已無法滿足無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的要求，針對無線傳感網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議成為近些年的研究熱點(diǎn)。目前針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議多種多樣，依據(jù)其設(shè)計思路和實現(xiàn)方式，大致將其分為四種:平面路由協(xié)議、層次路由協(xié)議、基于地理位置的路由協(xié)議和能量感知路由協(xié)議，其中地理位置路由算法因其簡單高效并且負(fù)載低

3、，逐漸成為國內(nèi)外無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的研究熱點(diǎn)。Geocasting（地域群播算法，一種向指定幾何區(qū)域內(nèi)的所有節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)的路由協(xié)議）是基于平面化地理位置路由協(xié)議的一種，目前已經(jīng)提出了一些Geocasting路由協(xié)議，大多數(shù)都是針對單目標(biāo)區(qū)域的，然而有些情況下我們需要向多個Geocasting區(qū)域發(fā)送數(shù)據(jù)，即多地域群播算法，由于其目標(biāo)區(qū)域數(shù)量以及位置均未知，這種復(fù)雜性注定了單目標(biāo)區(qū)域算法無法滿足其需求。單費(fèi)馬點(diǎn)鏈算法雖然降低了能量開銷

4、，但是其傳輸延遲卻很大。
　　 多目標(biāo)區(qū)域數(shù)據(jù)傳輸過程中的能量開銷和傳輸延遲是互相制約的，尋找一種能夠平衡這兩方面的路由算法就相當(dāng)重要，也是關(guān)鍵點(diǎn)和難點(diǎn)。針對這兩個問題本文提出了一種以源節(jié)點(diǎn)為中心網(wǎng)格劃分的路由算法:以每個源節(jié)點(diǎn)為中心將其傳輸區(qū)域分為四個網(wǎng)格，每個網(wǎng)格中尋找一個簇頭，源節(jié)點(diǎn)計算出每個網(wǎng)格的簇頭并將每個網(wǎng)格中的目標(biāo)區(qū)域按逆時針方向形成一個費(fèi)馬點(diǎn)鏈。源節(jié)點(diǎn)先將數(shù)據(jù)傳送到各個網(wǎng)格的簇頭，然后由簇頭負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)傳送到各自負(fù)

5、責(zé)網(wǎng)格中的費(fèi)馬點(diǎn)和目標(biāo)區(qū)域中，簇頭按照需求復(fù)制數(shù)據(jù)包并修改相應(yīng)的目的節(jié)點(diǎn)將其發(fā)送出去，如此繼續(xù)下去，直到數(shù)據(jù)包到達(dá)所有的目標(biāo)區(qū)域，到達(dá)區(qū)域的數(shù)據(jù)包在區(qū)域內(nèi)泛洪，以實現(xiàn)使區(qū)域內(nèi)的所有節(jié)點(diǎn)收到數(shù)據(jù)包的目的。通過仿真實驗表明多費(fèi)馬點(diǎn)鏈算法與現(xiàn)有算法相比，在能量開銷接近的情況下，其傳輸延遲比其它算法更低，其相對于單費(fèi)馬點(diǎn)鏈算法，傳輸延遲低100％，相對于多路徑單地域群播算法，傳輸延遲低20％-30％，提高了整個網(wǎng)絡(luò)的性能。
　　 基于費(fèi)

6、馬點(diǎn)鏈的多費(fèi)馬點(diǎn)鏈算法，通過網(wǎng)格劃分降低了多地域群播算法的傳輸延遲，通過網(wǎng)格內(nèi)簇頭節(jié)點(diǎn)的選擇降低了網(wǎng)絡(luò)中的能量開銷，結(jié)合三角形與四邊形費(fèi)馬點(diǎn)形成網(wǎng)格內(nèi)唯一的費(fèi)馬點(diǎn)鏈不僅降低了數(shù)據(jù)傳輸延遲，而且通過費(fèi)馬點(diǎn)鏈建立的可靠性降低了整個網(wǎng)絡(luò)的能量開銷。但是該算法仍然存在著一定的缺陷，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞牟淮_定性以及不規(guī)則性導(dǎo)致該算法在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳焕硐氲那闆r下性能也會下降。為了解決這些問題，本文中提出了自適應(yīng)多費(fèi)馬點(diǎn)鏈算法，該算法主要思想是:網(wǎng)格劃分中首先計算

7、出目標(biāo)區(qū)域以源節(jié)點(diǎn)為中心旋轉(zhuǎn)90°的區(qū)域內(nèi)目標(biāo)區(qū)域的密度集，以該密度集中密度最大的區(qū)域的中心線為坐標(biāo)軸將網(wǎng)絡(luò)劃分為四個網(wǎng)格，其次根據(jù)網(wǎng)格內(nèi)目標(biāo)區(qū)域的位置分三神情況選擇合適的簇頭:第一種情況為源節(jié)點(diǎn)的一個或多個網(wǎng)格內(nèi)無目標(biāo)區(qū)域，第二種情況為網(wǎng)格中與源節(jié)點(diǎn)距離相等的目標(biāo)區(qū)域有多個，第三種情況為目標(biāo)區(qū)域均離源節(jié)點(diǎn)很遠(yuǎn)。然后依據(jù)右手原則分兩種情況選擇最佳的簇頭節(jié)點(diǎn)以及下一跳節(jié)點(diǎn)。仿真實驗結(jié)果表明，自適應(yīng)多費(fèi)馬點(diǎn)鏈算法減少了網(wǎng)絡(luò)中的能量開銷，降低