无线传感器网络分簇路由算法研究

来源 :中国科学技术大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ydaf7nh9
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近些年来,无线传感器已经引起了广泛关注。随着嵌入式技术和无线网络技术等的发展,无线传感器网络的军事和商业应用逐渐扩大,包括安全,交通,医疗,以及工业生产等诸多领域,所以,无线传感器网络已经成为信息技术研究的热点方向。在传感器网络中,节点具有低能耗,体积小,高密度分布,低移动性,以及能量受限等特征,所以需要研究提出节省节点能量消耗的协议。 无线传感器网络的体系结构中,网络层的路由技术是很重要的。分簇路由技术采用了全网竞争出簇头的方法,让簇头来管理网络,使拓扑易于管理,而且采用数据融合压缩了传输数据量,节省了能量开销,成为路由技术研究的重点。 本文首先介绍了无线传感器网络的体系结构、各层通信协议及特征,然后分析比较了LEACH[19],HEED[20]等分簇路由协议。HEED是在LEACH的基础上提出的簇头竞争协议,通过迭代实现了簇头比较均匀地分布在网络中,但是迭代的时延和能量消耗都比较大,而且没有考虑簇问通信的功率控制。针对这些不足,本文提出了一种带功率控制的分簇多跳路由协议CMRP(Clustering and multihop routing protocol)。 本文提出的CMRP周期性发起簇头竞争过程,在簇头竞争的过程中,继承了HEED的迭代思想,以节点剩余能量作为簇头竞争的主要参数,并且用簇范围内平均接收信号强度来替代HEED原有的最小平均能耗作为竞争簇头的第二参数,加快了簇头竞争的迭代过程,降低了时延和能耗。而且,CMRP在迭代产生簇头之后,会在很长一段时间内采用簇头指定的方法更新簇头,这样不但节省了迭代带来的时延,并且进一步节省了网络能量消耗。此外,CMRP簇内还采用动态树来收集数据,进一步降低了簇头的能耗和管理复杂度。 CMRP的簇间通信采用准静态多跳路由的方式,为了降低簇间通信能耗,采用了三种动态邻居位置估计算法EDNL(Estimation of Dynamic Neighbors’Location),对簇间通信进行功率控制,并且从理论上证明了EDNL方法的有效性。功率控制带来的簇间通信半径不同,这将会带来隐藏终端问题,所以,本文又给出了接收端周期性地发送接收忙信号的方案,降低簇间通信碰撞概率。 最后,本文分析和比较了现有几种仿真平台,认识到它们各自存在的局限性,本文设计并实现了自己的无线传感器网络仿真平台,并在该平台上仿真了CMRP协议的正确性和可行性。并且通过与HEED算法的网络存活节点数目,网络节点平均能量消耗,以及网络区域变化对网络生命期的影响等方面的比较,证明了CMRP的优势。
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