一種健壯高效的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)梯度路由協(xié)議.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是近年來興起的一項新技術(shù)，其在軍事國防、工農(nóng)業(yè)控制、城市管理、環(huán)境監(jiān)測、搶險救災(zāi)、遠(yuǎn)程控制等諸多領(lǐng)域都具有十分廣闊的應(yīng)用前景。所謂無線傳感器網(wǎng)絡(luò)就是由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的大量的廉價微型傳感器節(jié)點，通過無線通信的方式形成的一個多跳的自組織的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中感知對象的信息，并發(fā)送給觀察者。 由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)面臨通信能力有限、能源有限和網(wǎng)絡(luò)動態(tài)性等方面的難題，所以設(shè)計合適的路由協(xié)議顯

2、得非常重要。傳統(tǒng)的路由協(xié)議依賴節(jié)點維護(hù)的路由表進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，但是周期性的維護(hù)鄰居節(jié)點信息增加了控制開銷，浪費了節(jié)點能量并降低了網(wǎng)絡(luò)帶寬利用率。雖然針對無線自組織網(wǎng)絡(luò)提出的按需式路由，即在需要時才建立路由的思想，相較于傳統(tǒng)的主動式路由而言更為節(jié)約能量，但其仍然需要節(jié)點維護(hù)路由信息，然而，節(jié)點的故障、移動和無線鏈路的動態(tài)變化使得節(jié)點的狀態(tài)維護(hù)變得極為困難。為了解決現(xiàn)有路由協(xié)議存在的這些問題，本文采用基于競爭的通信方式，消除了對鄰居節(jié)點信息的

3、依賴，并降低了控制開銷。 本文提出的與鄰居節(jié)點狀態(tài)無關(guān)的梯度路由協(xié)議在網(wǎng)絡(luò)部署初期就在全網(wǎng)建立起一個稱為耗費域的梯度。該耗費域以各節(jié)點傳輸數(shù)據(jù)到匯聚節(jié)點的最小能耗值為基礎(chǔ)建立，使得數(shù)據(jù)可以沿著能耗較小的路徑傳輸，其形狀類似于一個漏斗，為各個節(jié)點提供了數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆较?。梯度?gòu)建起以后，數(shù)據(jù)傳輸模擬水流從山頂流向谷底的方式，由高度差引導(dǎo)水流從高處流向低處，最終匯聚到谷底。當(dāng)遇到故障節(jié)點或是鏈路斷開時，數(shù)據(jù)將自動通過新的中繼點轉(zhuǎn)發(fā)，如同

4、水流自動繞過土坡或障礙物。其具體的實現(xiàn)方法是采用基于競爭的傳輸模式，即發(fā)送端不再指定某一特定節(jié)點為接收端，而是將自己的梯度即耗費值廣播出去，梯度小于發(fā)送端的鄰居節(jié)點均可競爭成為接收端。這種不依賴于某一特定鄰居節(jié)點為下一跳的傳輸方式，隱性地維持了所有可用路徑，因而顯示出健壯性。同時，本文采用對數(shù)算法減輕了競爭帶來的沖突可能性。此外，耗費域的維護(hù)經(jīng)由數(shù)據(jù)傳輸本身即得以實現(xiàn)，避免了引入多余的控制開銷。仿真實驗表明，本文提出的路由算法有效的改善