无线传感器网络路由算法研究

来源 :华北电力大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:ylylyl123
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无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSNs)是一种分布式传感网络,由大量的静止或移动的传感器以自组织和多跳的方式构成,协作式地感知、采集、处理和传输网络覆盖区域内被感知对象的信息,并最终将这些信息发送给网络汇聚节点。无线传感器网络所具有的众多类型的传感器,可探测周边环境中多种多样的现象,包括地震、电磁辐射、温湿度、噪声、光强度、压力和土壤成分等,拥有很大的应用空间。此外,与传统有线网络相比,无线传感器网络技术具有低能耗、低成本、通用性、网络拓扑、安全、实时性、以数据为中心等明显的优势特点。然而,由于WSNs的传感器节点实际存在的电池能量有限和更换困难问题,其推广应用的效果受到了严重地影响。因此,能量管理一直以来都是该领域的重要研究课题之一。针对这一问题,目前主要采用节能路由设计、基于能量捕获技术的自供电WSNs理论技术研究和基于主动供能法的主动式WSNs研究等来延长网络存活时间,而具有的可控性和高效性使得主动供能法的前景广阔。本文主要研究了利用基于磁共振耦合技术的主动供能法为传感器节点充电的可充电无线传感器网络(Rechargeable Wireless Sensor Networks,RWSNs),研究重点有路由算法和充电策略的设计,提出了两种RWSNs路由算法,其内容主要包括以下两项:1)论文在由普通传感器节点、数据汇聚节点(sink节点)和无线充电设备(Wireless Charging Device,WCD)组成的无线传感器网络中,考虑节点剩余能量、单跳传输距离和缓存队列大小等因素,提出了一种基于Topsis综合评价法的RWSNs路由算法,且按照一种简单的按比例分配充电时间的策略为全网节点充电。MATLAB软件仿真结果表明,与对比算法相比,本文算法极大地延长了网络寿命,且能够有效地降低丢包率。2)针对基于Topsis综合评价法的RWSNs路由算法存在的不足之处,论文提出了一种新的能量补给策略和路由选择联合算法。在能量补给策略的设计上,定义了一种时间更新策略调整节点充电时间的分配,将无线充电设备的有限能量尽可能地集中到数据转发任务和能量消耗大的重点节点上。其次,在充电规划的基础上论文设计数据路由选择策略,且考虑到充电规划和数据路由是相互影响的,路由成本的定义加入了能量补给的影响,使得下一跳节点的选择更加合理。最后,利用MATLAB仿真软件验证和分析了融合指数、调和系数、充电周期和网络规模与网络性能的关系,且利用与比例分配策略和贪婪策略的对比证实了本文所提算法。
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