基于能量感知的无线传感器网络路由算法的研究与实现

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近些年来随着无线通信技术的进步,无线传感器网络(WirelessSensorNetwork,WSN)的应用前景越来越广阔,其中路由协议是WSN的一个关键支撑技术,如何做到数据转发的高效节能始终是WSN路由协议研究的核心问题。TinyOS作为一种典型的WSN嵌入式操作系统在实际应用中被广泛使用,而TinyOS中原有的LinkEstimationandParentSelection(LEPS)路由算法却过于简单,忽略了节点能量因素,导致了冗余数据发送、数据收集成功率较低、节点间负载不均衡等问题。本文针对LEPS的不足之处进行改进,提出了基于能量感知的路由算法Energy-AwareandLoad-Balance(EALB)。   针对LEPS在拓扑建立阶段存在冗余广播数据包的问题,EALB用跳数信息逐层扩散的方法替代了LEPS周期性的路由广播,并采用扩散延时机制,保证在不增加拓扑建立时间的前提下有效地减少了无效数据包的发送。实验数据表明,当网络节点数目为729时,EALB比LEPS平均节省了48.3%的数据包发送量。   针对LEPS在路由选择维护阶段数据收集成功率较低、节点间负载不均衡、链路质量评估复杂等问题,EALB在路由选择时引入能量感知和同层节点数据转发机制,并用RSSI替代数据收发成功率作为评估链路质量的标准,在提高数据收集成功率的同时保证了同层节点之间的负载均衡,有效地延长了网络寿命。实验数据表明,相同条件下系统运行10小时后LEPS数据收集成功率下降到51.1%,而EALB数据收集成功率为82.1%,比LEPS高出了31个百分点。   文章最后将TinyOS嵌入式操作系统移植到基于CC2430节点的硬件平台上,并在TinyOS环境中用nesc语言实现了EALB路由组件,替代了原有的LEPS路由算法,最后对系统的正确性和有效性进行了测试与评估。
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