无线传感器网络中基于网络博弈的路由策略研究

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目前,随着Internet在各个领域的广泛应用,计算机已成为人们生活中不可或缺的一部分。因此,人们对于提高计算机的各种性能越来越关注,可是当计算机各种性能诸如数据处理能力、计算能力、存储能力等得到飞速发展时,人们又发现了一个问题,信息的采集和获取技术远远跟不上这些技术的发展,于是就产生了一门新技术——无线传感器网络技术。然而,与ad hoc、无线局域网等传统的无线网络不同,无线传感器网络是由一些能量有限的传感器节点通过无线通信的方式构成的一个无线自组织多跳网络,它的路由协议的目标是如何高效利用能量,而传统的无线网络主要是保证较高的服务质量和公平高效的带宽利用率。因此,将传统的无线网络的路由协议应用在无线传感器网络中并不适合。博弈论理论近年来逐渐被应用于研究无线传感器网络的路由策略,而且被证实应用博弈论的方法解决传感器网络应用中出现的能耗、数据冗余、功率控制等问题,能够起到很好地效果。论文首先对无线传感器网络进行了综述,详细介绍了传感器网络的结构、路由协议的特点和传感器网络的主要应用,并阐述了当前无线传感器网络路由协议的研究现状,指出了应用博弈论思想研究传感器路由策略的优越性。然后介绍了贝叶斯纳什均衡、精炼贝叶斯纳什均衡以及Wardrop均衡原理应用在通信网络中的应用,并在此基础上提出了一种基于动态贝叶斯博弈的分簇路由策略和基于Wardrop均衡原理的路径选择策略。仿真实验证明,本文提出的路由算法不但能够实现簇首节点的均匀分布,还能实现网络能耗的均衡和延长整个网络的生命周期,适合大规模网络的应用。由于传感器节点能量、计算和存储能力有限,不能完全获知相邻节点的信息,只能根据这种不完全信息做出决策,而分簇路由协议具有降低网络能耗、数据融合简单、能量消耗均衡等优点,所以本文提出一种基于动态贝叶斯博弈的分簇路由策略(DBGCR),采用动态的不完全信息博弈的方法选择簇首。算法中节点是根据均衡状态下的收益做出的决策,所以选出的簇首更合理,分布更均匀。用NS2仿真工具对算法进行仿真表明,该算法相比已经提出的算法更能均衡网络的能耗,延长网络的生命周期。由于该算法在设计时没有考虑簇首和Sink节点间的通信方式,采用的是单跳通信的方式,导致某些远离Sink节点的簇首节点在传输数据时能量消耗过快而很快死亡,从而缩短了网络的生命周期。所以本文又在该算法的基础上提出了一种基于Wardrop均衡原理的多路径算法(WDBGCR),WDBGCR算法从整个网络的能耗的角度出发,应用Wardrop均衡原理下的SO原理找寻簇首传输数据的最优路径,进行数据传输,实现整个网络能耗的均衡和延长网络的生命周期,用NS2对其进仿真表明,WDBGCR算法更能实现网络能耗的均衡和延长网络的生命周期。
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