无线传感器网络定向扩散算法的研究与改进

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无线传感器网络由大量随机部署的微型传感器节点组成,节点追求小体积、低成本,采用电池供电,且一般不能续电。节点能量的消耗状态决定了网络寿命的长短,能量的高效利用是无线传感器网络的核心问题。定向扩散算法(Directed Diffusion,DD)适用于规模较小、单次查询信息量大的网络环境,通过兴趣扩散、数据传播建立源节点与目的节点即汇聚节点的加强路径。现实应用中某一任务往往有多个源节点存在,产生多条加强路径,定向扩散算法通过中间节点数据融合,合并相重合的加强路径,若多条加强路径重合度较弱时,网络存在大量的链路冗余,造成不必要的能量损耗。针对定向扩散算法在多源节点网络环境下的不足,提出了源节点成簇的定向扩散算法(Directed Diffusion based on Cluster of Sources,DD-CS),以定向扩散算法为基础,汇聚节点向全网逐层广播兴趣消息寻找源节点,多个源节点组成一个临时簇,按照节点向心度推选簇头,簇头与汇聚节点进行数据传播及路径加强,监测任务完成后解散簇。DD-CS算法将多个源节点放到一个临时簇内,簇头负责所有源节点数据信息的汇集和融合,将处理后的数据传送至汇聚节点。网络只需维护一条由簇头到汇聚节点的加强路径,减少了网络中冗余链路的存在,降低了网络能耗。节点向心度由源节点到簇内其他源节点距离的平方和表示,线性正比于簇内数据融合所需的能量,由最小节点向心度推选的簇头保证簇内数据融合的能量消耗最小。通过MATLAB对定向扩散算法和DD-CS算法仿真实现,对比两种方法的网络能量消耗情况,发现DD-CS算法在多源节点网络环境下可以更好地节约网络能量。
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