基于地理位置的WSN節(jié)能分簇路由技術(shù)研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量低功耗微型傳感器節(jié)點組成的無線自組織網(wǎng)絡(luò)，在軍事防御、生態(tài)保護(hù)、工業(yè)控制等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。路由技術(shù)是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵技術(shù)，負(fù)責(zé)尋找源節(jié)點和目的節(jié)點間的優(yōu)化路徑，并將數(shù)據(jù)報文沿著優(yōu)化路徑正確轉(zhuǎn)發(fā)。基于分簇的路由算法在路由維護(hù)和拓?fù)涔芾矸矫婢哂酗@著的優(yōu)勢。將地理位置信息引入到分簇路由算法的設(shè)計中，可控制簇首產(chǎn)生的數(shù)量和位置，并且能夠作為簇的路由導(dǎo)向，避免數(shù)據(jù)報文在網(wǎng)絡(luò)中的盲目傳輸。另外，傳感器節(jié)點一般采用

2、容量有限的電池作為電源，節(jié)能是路由設(shè)計的關(guān)鍵性能指標(biāo)之一。因此，本文以無線傳感器網(wǎng)絡(luò)為背景，研究基于地理位置的節(jié)能分簇路由技術(shù)。主要的成果包括以下幾點:
　　(1)針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在一些特殊環(huán)境應(yīng)用中的組網(wǎng)和成簇問題，提出最小ID節(jié)點選舉算法，通過節(jié)點間的一跳廣播和對廣播報文中ID號的比較，選出鄰居一跳范圍內(nèi)ID號最小的節(jié)點在全網(wǎng)范圍廣播，并通過比較選舉全網(wǎng)范圍的最小ID號節(jié)點。該算法可有效降低組網(wǎng)和簇首選舉過程中廣播節(jié)點的數(shù)量

3、，減小通信能耗。
　　(2)分析基于虛擬網(wǎng)格和分布式協(xié)商機(jī)制產(chǎn)生簇首的GAF分簇算法，針對GAF劃分的正方形虛擬網(wǎng)格中理想簇首之間的距離不相等和簇首選舉過程中沒有考慮節(jié)點剩余能量的問題，提出基于圓形分區(qū)和能量梯度的GAF-I算法。該算法采用圓形重疊覆蓋劃分不均等區(qū)域，并在區(qū)域內(nèi)采用最小ID節(jié)點選舉算法產(chǎn)生初始簇首。區(qū)域內(nèi)節(jié)點基于能量梯度等級輪流擔(dān)當(dāng)簇首。簇首組成虛擬骨感網(wǎng)，將各簇采集的信息傳輸?shù)交尽Ｔ撍惴軌蛴行Ь夤?jié)點能耗，延

4、長網(wǎng)絡(luò)生命周期。
　　(3)針對基于貪婪轉(zhuǎn)發(fā)的GPSR算法中單一準(zhǔn)則和邊界轉(zhuǎn)發(fā)引起的熱點和長路徑問題，提出基于多元化準(zhǔn)則和樹結(jié)構(gòu)的GPSR-EA算法。引入能量因子和角度因子，提出多元化的路由準(zhǔn)則。節(jié)點維護(hù)鄰居表并和某個鄰居節(jié)點建立父子關(guān)系，當(dāng)節(jié)點遇到空洞時，直接將數(shù)據(jù)報文傳遞給父節(jié)點，通過父節(jié)點組成的最優(yōu)路徑路由至基站。
　　最后，搭建了NS-2仿真環(huán)境，對GPSR-EA算法在均衡能耗、提高網(wǎng)絡(luò)生命周期和對空洞的處理性能等指