论文部分内容阅读
无线传感器网络是计算机科学与技术中一个新的研究领域。随着近几年的发展,无线传感器网络已经逐渐得到行业和学术界的广泛关注,并且在军用和民用领域都有巨大的应用前景。现今无线传感器网络中最受关注的话题是路由协议的研究。无线传感器网络的最大特点是传感器节点能量有限,因此在设计无线传感器网络路由协议时,首先要考虑的问题是能量有效利用,以延长网络生存时间。本文首先分析了无线传感器网络路由协议的国内外研究现状。以目前研究最为广泛的分簇路由协议为切入点,详细对比分析了各种分簇路由协议的优缺点,总结得出:以非均匀分簇为基础,采用混合式簇首选举方法,簇内单跳通信,簇间动态使用多跳路由的路由协议能量有效性更好。文中对一个典型的均匀分簇路由协议(Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy,LEACH)和三个不同时期、有代表性的非均匀分簇路由协议(Unequal Clustering Size,UCS;Energy-Efficient UnevenClustering,EEUC;Unequal Scaled energy-efficient Clustering Routing,USCR)进行了重点分析,找出其算法存在的缺陷,有针对性的提出改进方案,并在此研究的基础上提出了一个基于非均匀分簇的低能耗路由协议(Energy Efficient RoutingProtocol base On Uneven Cluster,EERPUC)。EERPUC协议的设计工作重点主要有以下四点:1、感知区域的划分:以基站为圆心采用等差数列把整个感知区域划分为大小不等的圆环,低能耗实现非均匀分簇。2、选择簇首的标准:改进以往分簇协议选择簇首时只考虑簇首相对位置(UCS)或者只考虑节点剩余能量(EEUC、USCR)。综合考虑节点剩余能量和离所在圆环中心线的距离,为每个节点确定其成为簇首的竞争能力,优化簇首的选择。3、路由构建:改进了EEUC的路由算法,在比EEUC路由算法不增加额外开销的前提下为簇首节点构建备用路由,使簇首节点的下一跳节点是可选择的集合,避免簇首采用固定路径传输数据造成传输路径上的节点能耗过快,均衡网络能耗。4、算法健壮性:基站设置重构计时器处理簇首意外死亡的情况,保证网络正常采集、传输数据。EERPUC协议引入能量预测机制,以节点能量为标准决定何时重新成簇,并且在感知区域划分中首次提出采用等差数列控制簇的大小低能耗实现非均匀分簇。在簇首选择中综合了能量和位置因素优化簇首的选举,簇间通信动态选择不同的备用路由以均衡网络能耗。本文采用仿真工具OMNET++对LEACH、EEUC、UCSR、EERPUC协议从网络能耗均衡度、网络生存时间、全网能耗、网络采集数据量四个方面进行仿真实验,并对实验结果进行对比分析验证了EERPUC协议的有效性。