传感器网络聚类层次路由协议研究与实现

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无线传感器网络(WSN)是最近几年发展起来的一项新技术,它最早用于军事领域,如今的低成本传感器节点己经可以应用于空间探测、辐射检测、洪灾预警、农田管理、生物群落观测、机动目标跟踪、环境和气象监测、智能交通和智能家居等众多领域。无线传感器网络融合了传感器技术、嵌入式技术和网络通信技术等当今众多热门技术,其发展已被国务院写入了《国家中长期科学和技术发展规划纲要》,WSN将离我们越来越近。 无线传感器网络与传统网络通信技术有很多不同之处,研究如何优化网络层路由算法以降低节点能耗是其关键性问题之一。首先介绍了无线传感器网络体系结构和基本特征,在此基础上分析了节点能耗问题并研究了相应的能量有效技术;接着概述现有的平面、层次以及位置辅助路由协议或算法并做了必要的分析和比较;然后在全面分析簇划分算法的基础上,提出一种全新的基于连通度的分布式拓扑控制算法EDCC(an Effective Distributed Clustering Based on Connectivity)。有别于传统被动的簇选举算法,EDCC的基本思想是为每个节点设定一个初始衰减时间,每当接收到节点间的广播消息就将时间减去一定值。时间率先衰减到0的节点则主动成为簇头。为了避免时间同步问题对算法的影响,初始时间按照一定规律随机化。因此连通度越大的节点接收到的消息越多,成为簇头的可能性越大。不基于节点时间同步,主动的簇组织和簇维护机制是算法的重要特点。NS2平台上的仿真试验以及对试验结果的详细分析表明EDCC能对网络进行有效分割,适用于传感器网络;最后,在EDCC拓扑控制算法的基础上通过多跳实现簇头节点间以及簇头与Sink节点的连通,性能测试表明该层次路由协议能够在TinyOS操作系统和Mica2节点平台上正常工作。
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