無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由與廣播算法研究.pdf

1、隨著無線通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)與微系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)引起了人們的廣泛關(guān)注。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由具有傳感、數(shù)據(jù)處理和短距離無線通信功能的傳感器組成，在軍事國(guó)防、環(huán)境監(jiān)測(cè)、生物醫(yī)療以及商業(yè)應(yīng)用等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，是當(dāng)前計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域一個(gè)極為重要的創(chuàng)新課題。 路由算法與廣播算法在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中有著重要而廣泛的應(yīng)用。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，路由協(xié)議負(fù)責(zé)在源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)間傳輸數(shù)據(jù)，是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分。而無線傳感器網(wǎng)

2、絡(luò)具有與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)不同的特點(diǎn)，因而眾多傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的路由算法不能有效應(yīng)用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。廣播在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中可用于傳遞控制信息、重要數(shù)據(jù)與報(bào)警信號(hào)等，同時(shí)也是建立路由的重要手段，甚至在極端條件下可以直接充當(dāng)路由。廣播可采用泛洪方式實(shí)現(xiàn)，泛洪雖然簡(jiǎn)單，但是存在冗余轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)多、沖突與碰撞嚴(yán)重等問題，極為消耗能量與帶寬等資源。 路由算法與廣播算法是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的熱點(diǎn)研究領(lǐng)域，研究人員正在努力研究適合無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)算法。在對(duì)當(dāng)前

3、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由算法與廣播算法研究成果的系統(tǒng)學(xué)習(xí)和總結(jié)基礎(chǔ)上，本文就無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由算法與廣播算法展開了相關(guān)研究，主要的貢獻(xiàn)與創(chuàng)新包括： (1)研究了當(dāng)前無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由算法進(jìn)展情況。由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與應(yīng)用高度相關(guān)，單一的路由算法不能滿足各種應(yīng)用需求，因而人們研究了眾多的路由算法。本文分析與總結(jié)了當(dāng)前較重要的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由算法的分類方法、核心路由機(jī)制與特點(diǎn)，目的在于為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路Eh算法的進(jìn)一步研究提供參考。

4、 (2)研究了當(dāng)前無線傳感器網(wǎng)絡(luò)廣播算法進(jìn)展情況。在國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)中相繼出現(xiàn)了許多各具特點(diǎn)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)廣播算法，但總的說來還有很多需要深入研究的問題。由于尚未出現(xiàn)對(duì)這些算法進(jìn)行全面綜述的相關(guān)文獻(xiàn)，為此，本文分析與總結(jié)了當(dāng)前較重要的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)廣播算法，目的在于更好地理解算法的機(jī)理，特點(diǎn)與使用方法，為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)廣播算法的進(jìn)一步研究提供參考。 (3)提出了基于極大獨(dú)立集構(gòu)造最小連通支配集的算法MIsB?；谶B通支配集的

5、路由算法的關(guān)鍵在于構(gòu)造連通支配集，較小的支配集不但有利于構(gòu)造更優(yōu)的路由，并且非支配節(jié)點(diǎn)在沒有監(jiān)測(cè)任務(wù)時(shí)，可進(jìn)入休眠狀態(tài)，從而極大的節(jié)約能量。本文提出了一種基于極大獨(dú)立集構(gòu)造最小連通支配集的算法MISB：首先基于圖的局部拓?fù)湫畔?，并利用貪心算法，使具有極大度的節(jié)點(diǎn)為獨(dú)立點(diǎn)，構(gòu)造出一個(gè)極大獨(dú)立集；然后利用獨(dú)立點(diǎn)作為錨點(diǎn)，利用分治的思想使用圖的局部拓?fù)湫畔磉B通極大獨(dú)立集，從而構(gòu)造出連通支配集。MISB算法能夠得到較小的連通支配集，應(yīng)用于無線

6、傳感器網(wǎng)絡(luò)路由，能夠大大節(jié)省寶貴的網(wǎng)絡(luò)資源。 (4)提出了最小化能量廣播算法ERBOP。在節(jié)點(diǎn)發(fā)送功率可調(diào)節(jié)并同時(shí)保證所有節(jié)點(diǎn)都接收到廣播的數(shù)據(jù)包的約束條件下，本文在RBOP算法的基礎(chǔ)上提出了一種高效節(jié)能的最小化能量廣播算法ERBOP。ERBOP算法的設(shè)計(jì)過程及仿真結(jié)果表明，ERBOP的性能明顯優(yōu)于RBOP。ERBOP算法可節(jié)約無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的能量資源，能較好的適用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的廣播。 (5)提出了基于聚簇的能量感知

7、廣播算法CBEA。從減少轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)以節(jié)約能量、平衡通信量以平均消耗網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能量出發(fā)，本文提出了一種基于聚簇的能量感知廣播算法CBEA。仿真實(shí)驗(yàn)表明，CBEA算法有效減少了冗余轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)從而節(jié)約了網(wǎng)絡(luò)能量，平衡了網(wǎng)絡(luò)通信量從而平均消耗了網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能量，因此大大延長(zhǎng)了網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間。cBEA算法是一種性能優(yōu)越的廣播算法，能夠較好的適用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的廣播。 (6)提出了基于傳輸范圍覆蓋的廣播算法TRCB。為更好的實(shí)現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)廣播，本