能量均衡的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇路由協(xié)議的研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是當(dāng)前在國(guó)際上備受關(guān)注的、涉及多學(xué)科高度交叉、知識(shí)高度集成的前沿?zé)狳c(diǎn)研究領(lǐng)域。路由協(xié)議是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)層的核心技術(shù)。從路由的角度看，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)有其自身的特點(diǎn)。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)能量有限且一般沒有能量補(bǔ)充，因此路由協(xié)議需要高效利用能量，同時(shí)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)目往往很大，節(jié)點(diǎn)只能獲取局部拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)信息，路由協(xié)議要能在局部網(wǎng)絡(luò)信息的基礎(chǔ)上選擇合適的路徑。此外，傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由機(jī)制還經(jīng)常與數(shù)據(jù)融合技術(shù)聯(lián)系在一起，通過減少通信

2、量而節(jié)省能量。因此，傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議不適應(yīng)于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)有其自身的特點(diǎn)。 在閱讀了大量文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，本文以能量均衡高效為主線，研究了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議。 首先針對(duì)經(jīng)典分簇協(xié)議LEACH中存在的簇頭隨機(jī)選擇和簇間通信代價(jià)大的問題，提出了能量均衡消耗的分簇路由協(xié)議。通過簡(jiǎn)單的定位算法使所有場(chǎng)景中的傳感器節(jié)點(diǎn)得知自己的位置信息，節(jié)省了資源。在簇頭選擇方面，在網(wǎng)絡(luò)初始化時(shí)由基站來指定簇頭節(jié)點(diǎn)；在簇頭

3、節(jié)點(diǎn)選擇下任節(jié)點(diǎn)時(shí)，綜合考慮能量距離等因素，選擇權(quán)重函數(shù)值最大的節(jié)點(diǎn)作為簇頭，解決了簇頭能耗不均衡及分布不均勻的問題。 本文還對(duì)多跳路徑上節(jié)點(diǎn)間的距離分布進(jìn)行了分析。在通信過程中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的能耗不一樣，由于中間的節(jié)點(diǎn)除發(fā)送自己的數(shù)據(jù)包外，還要中繼別節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包，因此，離基站越近的節(jié)點(diǎn)，中繼的數(shù)據(jù)包越多，消耗的能量就越多，該節(jié)點(diǎn)很快因能量耗盡而死去，從而使網(wǎng)絡(luò)無法完全覆蓋引起整個(gè)系統(tǒng)壽命很短。由此可得，離基站越近的節(jié)點(diǎn)間隔越小，單

4、跳傳輸能耗低，從而平衡整個(gè)系統(tǒng)的能耗。本文分析在線性模型下節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)和通信距離都一定的情況下，節(jié)點(diǎn)間距離的分布問題，如何排列節(jié)點(diǎn)距離，使系統(tǒng)能耗最小，并且系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)能耗均衡。 最后針對(duì)大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，提出了一種能量均衡的優(yōu)化路徑的多跳路由協(xié)議EBAB。該協(xié)議在分析了節(jié)點(diǎn)距離分布的基礎(chǔ)上，將網(wǎng)絡(luò)劃分為若干個(gè)同心圓環(huán)，每一層環(huán)均由簇頭節(jié)點(diǎn)和成員節(jié)點(diǎn)組成，簇頭節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)采集數(shù)據(jù)并向簇頭發(fā)送，簇頭節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)環(huán)間的多跳轉(zhuǎn)發(fā)。在簇間路