無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中高能效路由技術(shù)的研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是當(dāng)前計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)研究中一個極為重要的研究領(lǐng)域，具有廣泛的應(yīng)用前景。然而，由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)具有電池供電、不可回收等特點(diǎn)，導(dǎo)致其節(jié)點(diǎn)能量有限，能量問題成為影響無線傳感器網(wǎng)絡(luò)性能的關(guān)鍵問題。高效的利用傳感器節(jié)點(diǎn)有限的能量，盡可能的延長無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的壽命是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用研究的基礎(chǔ)內(nèi)容。針對這一基礎(chǔ)研究，本文對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)高能效路由技術(shù)進(jìn)行了研究。
　　 1.針對異構(gòu)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中異構(gòu)節(jié)點(diǎn)的最優(yōu)部署和節(jié)點(diǎn)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(gòu)網(wǎng)絡(luò)分簇路由算法(CHNMIP)。首先以網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)到Sink的等效路徑長度和最小為目標(biāo)，將異構(gòu)節(jié)點(diǎn)的優(yōu)化部署轉(zhuǎn)化為混合整數(shù)規(guī)劃問題，并利用分解算法進(jìn)行求解，這種方法可以保證異構(gòu)節(jié)點(diǎn)在最大程度上被優(yōu)化部署而且求解過程具有多項(xiàng)式復(fù)雜度；然后對網(wǎng)絡(luò)中的普通節(jié)點(diǎn)進(jìn)行動態(tài)分簇，將其數(shù)據(jù)設(shè)置為簇結(jié)構(gòu)的傳輸方式，使得任何節(jié)點(diǎn)的監(jiān)測數(shù)據(jù)都沿著最優(yōu)路徑向簇首或異構(gòu)節(jié)點(diǎn)傳輸。CHNMIP克服了傳統(tǒng)異構(gòu)傳感器網(wǎng)絡(luò)路

3、由算法中異構(gòu)節(jié)點(diǎn)部署優(yōu)化程度不高、普通節(jié)點(diǎn)傳輸路徑單一的缺陷，降低了網(wǎng)絡(luò)能耗，使節(jié)點(diǎn)能量消耗更加均勻，延長了網(wǎng)絡(luò)生存時間。
　　 2.針對匯聚開銷和傳輸開銷相當(dāng)?shù)膫鞲衅骶W(wǎng)絡(luò)，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(yīng)匯聚路由算法(CMEAAT)。該算法的核心思想是構(gòu)造一棵性能介于SPT和MST之間的傳播樹，以適應(yīng)不同類型的網(wǎng)絡(luò)，并由匯聚開銷和傳輸開銷定義節(jié)點(diǎn)的匯聚得益，節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸過程中，僅在匯聚得益大于零的節(jié)點(diǎn)處進(jìn)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(yīng)匯聚后的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)利用第二代小波零樹編碼算法(EZC-SGW)進(jìn)行壓縮，以降低傳輸能耗。仿真實(shí)驗(yàn)表明：與傳統(tǒng)匯聚路由相比，CMEAAT能有效減少節(jié)點(diǎn)能耗，顯著延長網(wǎng)絡(luò)壽命。
　　 3.根據(jù)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)多跳傳輸?shù)奶攸c(diǎn)，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(yùn)用動態(tài)規(guī)劃算法對傳感器網(wǎng)絡(luò)路徑進(jìn)行優(yōu)化，使其具有高時效的特點(diǎn)。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(diǎn)，將每個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)明確劃分在唯一階段中，構(gòu)造出滿足動態(tài)規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)模型；然后根據(jù)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)目標(biāo)，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(jì)算復(fù)雜度較高的不足，仿真結(jié)果表明，基于動態(tài)規(guī)劃思想所設(shè)計(jì)的以傳輸能耗最小為目標(biāo)的路由算法LECR、以節(jié)點(diǎn)能量均衡為目標(biāo)的路由算法EB-LECR和以傳輸時延最小為目標(biāo)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)