无线传感器网络分层带宽自适应路由协议

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随着现代社会信息化的飞速发展,人们对信息的依赖也与越来越强烈,这就迫切需要一种实用有效的信息获取技术来建立人们客观物理世界与虚幻的信息世界之间的联系。多种多样的信息采集方式被大批科研工作者提出来,无线传感器网络技术(WSN)就在这样的大背景下应运而生,随着它对人们的生活领域的影响越来越广泛,迅速发展成为一项极具拓展空间的信息采集技术。无线传感器网络的物理基础是传感器节点,这些节点体积微小,通常大密度部署在监测区域,节点具有对环境表征变化的感知和收集能力,并能通过自身处理器处理采集到的被感知对象的信息。在需要对特定区域实施监控时,传感器节点随即部署在该区域,它们相互间通过无线通信方式进行协作,形成无线自组织网络。无线传感器网络价格低廉、环境适应能力强、数据处理能力强大,被广泛应用于军事国防、工业生产控制与检测、自然环境感知、家庭自动化、健康检测以及公共安全等领域。在无线传感器网络中,节点能量十分有限,电源无法充电或者更换,因此如何延长网络寿命一直是研究热点问题。本文首先对无线传感器网络进行了概述,介绍了无线传感器网络的结构体系及其设计要素,并讲述了无线传感器目前的应用。然后又对现在已有经典的路由协议进行了介绍,讲述了其算法原理,并对它们的性能进行了比较分析。最后在对多种路由协议以及其改进算法的大量研究总结的基础上,本文提出了一种新的路由协议,即分层带宽自适应路由协议,该协议适用于事件触发性的网络环境,假设基站位于监测区域的最边缘,为达到均衡节点能耗,延长网络寿命的目的,本算法将监测区域划分成数个环带区域,同一环带内所有节点被赋予相同ID值,在路由路径的搭建过程中,节点只选择与自己相邻并靠近基站的环带内节点作为自己的数据传输对象,在节点选择下一跳节点时综合考虑了网络中节点剩余能量及数据发送能耗权重,该算法还引入了带宽自适应的方法,在网络进行一定轮数的数据传输之后,网络会根据各环带内节点剩余平均能量自行调整换带宽度,能量消耗较快的环带就能迅速补充进去新的节点,使网内节点负载适度平衡,达到最大化延长网络生存时间的目的。MATLAB仿真结果表明,该算法使网内节点能耗均衡,极大的提高了网络生存寿命。
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