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无线传感器网络综合了传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络及通信技术和分布式信息处理技术等相关技术,能够通过各类集成化的微型传感器协作地实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息。在环境监测、医疗护理、军事侦察等领域有着广泛的应用前景,被认为是会对本世纪产生巨大影响力的技术之一。
由于无线传感器网络中节点的能量有限,而且多数情况下节点的能量无法得到补充,从而使得网络因部分节点能量的耗尽而瘫痪,所以在有限的能量下如何使得节点能量消耗的更少、能量消耗的更均匀以便能更好地延长网络寿命成为当前无线传感器网络研究领域的一个热点问题。
本文作者从网络结构设计的角度对如何更好地延长网络寿命问题进行了研究。首先通过对无线传感器网络中网络层分簇路由技术的研究,以及对现有几种典型分簇路由模型及其相关路由算法的分析,给出了一个基于网格的分簇路由模型。在此模型基础上,建立了一个关于簇个数的能量消耗模型,通过求解能量消耗模型的最小能耗值得到分簇个数的最优值。最后通过建立0-1整数线性规划模型,给出了从簇头多跳到达基站的一个路由算法。
论文的主要工作如下:
1、采用将监测区域均匀划分成若干网格的方式对无线传感器网络中的节点进行分簇,每一个网格内的节点形成一个簇。这种分簇模型使得每个簇内节点采集的信息更接近,数据融合率更高。由于每个网格的位置范围固定,所以该分簇模型使得网格拓扑结构便于管理。
2、给出了分簇个数的一个计算方法,通过该方法得到的分簇个数可以使得每个采集周期传输数据所消耗的能量趋于最小。
3、给出了簇头生成算法,使得无线传感器网络节点传输数据所消耗的能量尽可能得到均衡。
4、通过建立0-1整数线性规划模型,给出了各个簇头与基站之间一个路由树生成算法,使得从任一个簇头到基站的距离最短。
本文的创新之处在于:(1)所给出的分簇路由模型较好的实现了冗余数据的融合,从而较好的达到了节省能量延长网络寿命的目的;(2)利用0-1整型线性规划模型求簇头到基站的路由树;(3)在对无线传感器网络中网络层分簇路由技术研究的过程中采用了依据地理位置的相邻性形成网格进行分簇的新思想;(4)建立了能量消耗数学模型,通过对分簇个数求导得到了分簇个数的最优值。