一種基于位置和分簇無線傳感器網絡實時路由協議

1、一種基于位置和分簇的無線傳感器網絡實時路由協議一種基于位置和分簇的無線傳感器網絡實時路由協議摘要：摘要：針對信息物理融合系統(tǒng)等無線傳感器網絡應用中對服務質量的要求，尤其是在實時、能耗等方面，提出了一種基于地理位置信息和分簇技術相結合的實時路由協議。該協議利用節(jié)點位置信息確定簇的大小并實現網絡的均勻劃分，采用基于錨節(jié)點、質心和剩余能量相結合的混合簇頭選舉方法實現能量均衡，同時，在簇間數據包轉發(fā)中采用動態(tài)路由機制，調整包的端到端的傳輸速率，

2、以滿足實時性要求。仿真結果表明該協議不僅能夠有效地平衡網絡能耗，延長網絡的生命周期，而且具有較好的實時性。關鍵詞：位置；分簇；無線傳感器網絡；實時路由中圖分類號:TP393文獻標識碼:A文章編號:ARealtimeRoutingProtocolBasedonLocationClusterfWirelessSenswksAbstract:TomeettheQoSrequirementsintheapplicationsofWireless

3、senswksespeciallyinrealtimeenergyarealtimeroutingprotocolisproposedinwhichlocalizationclusteringisintegrated.Theclusterisdeterminedbyusinglocationinfmationofnodes.Clusterheadiselectedbyutilizingahybridmethodbasedontheanc

4、hnodesbarycenterresidualenergysoastobalancetheenergyconsumptionoverallthewk.InadditionadynamicroutingmechanismisappliedtodynamicallyadjustthetransmissionrateofdatapacketsindertomeettherealtimeQoS.Simulationresultsshowtha

5、ttheproposedprotocolcannotonlyeffectivelybalancetheenergyconsumptiontoextendthewklifetimebutalsolowerthedelaytomeetsomerealtimerequirements.Keywds:Locationclusteringwirelesssenswksrealtimerouting1引言引言隨著通信技術、嵌入式計算技術和傳感器技術

6、的飛速發(fā)展和日益成熟，人們研制出了各種具有感知能力、計算能力和通信能力的微型傳感器。由許多微型傳感器構成的無線傳感器網絡(WirelessSenswks，WSNs)引起了人們的極大關注。WSNs可以使人們在任何時間、地點和任何環(huán)境條件下獲取大量詳實可靠的物理世界的信息，并可以被廣泛應用于國防軍事、國家安全、環(huán)境監(jiān)測、交通管理、醫(yī)療衛(wèi)生、制造業(yè)、反恐抗災等領域[1]。WSNs是一種由大量的無線傳感器節(jié)點組成的資源受限的自組織網絡，特別是能

7、量有限，很多應用無法提供有線電源，不能更換電池，也不能充電，只能安裝電池，要求部署后能正常工作幾個月甚至上年的時間，因此必須采取有效措施，控制WSNs的能量消耗，以保證整個網絡的連通性。WSNs又是一種以數據為中心的網絡，收集到的數據必須在限定的時間傳給目的地，否則數據就會失去作用，甚至發(fā)生嚴重后果，因此實時通信在許多WSNs應用中非常必要，比如在消防應用中，如效，本文提出了一種基于位置和分簇的無線傳感器網絡實時路由協議RRPBLC（R

8、ealtimeRoutingProtocolBasedonLocationCluster），將地理位置、定位機制和分簇技術相結合，不僅可以實現網絡的能量均衡，延長網絡的生命周期，而且具有較好的實時性，提高網絡的性能。3基于位置和分簇的實時路由基于位置和分簇的實時路由本文提出的RRPBLC路由協議結合了地理位置和分簇技術，整個協議可分為監(jiān)測區(qū)域網絡（簇）劃分、簇頭選取和簇間路由三個部分。3.1監(jiān)測區(qū)域網絡劃分監(jiān)測區(qū)域網絡劃分本文采用類似于

9、典型的基于地理位置路由協議GAF[5]的思想，將監(jiān)測區(qū)域劃分為虛擬的單元格，每個單元格內的節(jié)點組成一個簇。根據節(jié)點的地理位置和通信半徑等信息將監(jiān)測區(qū)域劃分為互不相交的多個正方形虛擬單元格，一個單元格內的節(jié)點組成一個簇，相鄰單元格（簇）中的節(jié)點可以相互直接通信。劃分的單元格的邊長為a，節(jié)點的通信半徑為r，如圖1所示。圖1網絡監(jiān)測區(qū)域的單元格劃分示意圖其中，每個節(jié)點的地理位置信息都是已經得知，具體方法是網絡中一部分節(jié)點設置為錨節(jié)點，可通過G

10、PS模塊獲得自身的精確位置，周圍的節(jié)點可以通過比較成熟的定位算法（如APIT算法[20]）計算得出自身的地理位置信息。另外，根據上面單元格的劃分，要想使相鄰單元格（簇）中的節(jié)點可以相互直接通信（最壞情況為節(jié)點距離是兩個單元格對角線長度，圖1中虛線所示），則必須滿足式子(1)。arraa5)2(222????(1)也就是說，式(1)中的a保證了兩個相鄰單元格之間的所有節(jié)點間的距離小于他們的無線通信距離，從而保證了簇頭節(jié)點替代同一單元格內所

11、有其他節(jié)點進行通信時的網絡連通性。3.2簇頭選取簇頭選取將網絡區(qū)域劃分為單元格后，由于每個單元格內節(jié)點數不一樣，因此在簇頭的選取時本文考慮了節(jié)點個數，擴展了混合簇頭選舉算法[21]，根據簇內節(jié)點個數和類型的不同，分為如下幾種情況：(1)在基于地理位置路由協議中，有一定數量的錨節(jié)點分布于監(jiān)測網絡區(qū)域，因而當簇內存在錨節(jié)點時，利用錨節(jié)點本身能量較多、節(jié)點存儲容量大、計算能力強等方面的優(yōu)勢，直接將錨節(jié)點設置為簇頭，如果一個簇內存在多個錨節(jié)點，