无线传感器网络链式路由算法

来源 :广西师范大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:soso2009520
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当下,无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)的应用领域日益广泛。研究人员为了监测某一区域的情况,如森林的温度,将大量的传感器节点部署在监测区域,这些传感器节点所形成的无线自组织网络就是WSN。传感器节点通常将收集到的数据通过多跳的方式发送到汇聚节点,以供研究使用。由于传统无线网络路由协议不能有效的应用于WSN,因此在设计WSN时必须要考虑如何设计WSN路由协议。WSN链式路由协议是WSN路由协议的一种,它适用于小规模的网络。它的应用领域也很广泛,例如,监测室内的CO2浓度等。它和其它WSN路由算法相比优点如下:(1)链式路由算法结构简单、容易构造,在数据传输过程中,发生信道竞争与碰撞的概率较低;(2)链结构的构造过程就是一直在找传送端与接收端的最短路径的过程,数据在最短路径上传送,传送时所消耗的能量肯定是最小的;(3)簇结构形成的网络如LEACH(Low-Energy Adaptive Clustering Hierachy)协议容易出现负载不均衡的现象,链式路由算法可以避免此现象。但是现有链式路由算法仍然存在许多不足之处:(1)数据从链的远端向汇聚节点传送,存在网络时延,不适合实时应用。链结构越长,网络时延越严重,如PEGASIS(Power-Efficient Gathering in Sensor Information Systems)协议;(2)数据要随着链路迂回传送,会造成能量浪费,如PEGASIS协议;(3)链首节点的选举策略不当会导致链首节点过早死亡。有的算法仅仅选择距汇聚节点距离最近的节点作为链首节点如G-PEGASIS,而有的算法则是选择剩余能量最大的节点作为链首节点,如LEACH-P和NEW&P; (4)在建链的过程中,有一些节点的距离很近,它们收集到的数据几乎是一样的,这导致某些节点浪费能量,如CRET(Chain Routing Algorithm Based on D-S Evidence Theory)算法,同时CRET算法所使用的D-S证据理论的正交和存在Zadeh悖论。基于以上不足之处,设计出基于覆盖算法和改进的D-S证据理论的无线传感器网络链式路由算法(Chain Routing Algorithm Based on Improved D-S Evidence Theory and Intersection-Based Coverage Algorithm,CRETIC),该算法在以下两个方面进行了改进:(1)为了避免无线传感器节点收集到冗余数据,采用基于交集的覆盖算法(intersection-based coverage algorithm, IBCA)进行建链。此算法将传感器节点分为两种状态:满足IBCA算法的判断规则的节点进入睡眠模式,反之,则作为进入工作状态的节点而进入建链阶段。(2)为了避免Zadeh悖论,本文改进的证据组合规则,可以选择出最佳的链首节点。在相同的参数下,在Matlab中进行仿真实验,实验结果表明CRETIC算法优于CRET算法。为了引出CRETI C算法,第1章采用大量的篇幅详细介绍了WSN的基本概念、特征、关键技术、设计目标、应用领域等背景基础知识。第2章详细描述了WSN路由协议必备的基础知识,并结合当前该领域内的研究现状,指出存在的问题以及发展方向。
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