基于四叉树多层次数据融合的无线传感网络路由协议研究

来源 :南昌航空大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:aaitata
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无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSNs)是由部署在监测区域中的大量感知节点,以多跳的方式形成的一个自组织的网络系统。作为物联网关键技术之一,WSNs主要用来感知、采集和处理被监测区域内用户感兴趣的信息,并将这些数据信息向用户传递。无线传感器网络作为一种备受国际关注的研究领域,应用范围涉及人们的日常生活、社会的经济发展以及国家的国防安全等多个重要领域,涉及到的学科领域不但深而广,知识体系也高度集中。无线传感器网络中部署的感知节点不但体积小,且具有独立工作的能力,基于感知节点的这种特点,使得一些处于苛刻环境中以常规策略无法捕获的信息得以提供給用户,有机的将客观世界中的物理信息同传输网络相结合。在大规模网络中,为获取监测区域内的感知信息,通常部署大量感知节点,导致感知节点的通信范围出现重叠,节点采集到的数据出现冗余。节点采集到的冗余信息,加大了节点在路由过程中的能量消耗。因此,如何减少冗余信息在路由过程中的传输,均衡节点的能量消耗,是当前研究无线传感网络路由协议的关键问题之一。针对上述问题,本文提出一种基于四叉树多层次数据融合的无线传感网络路由协议——QUCRP。首先,将监测区域扩张一个正方形区域,对扩张后的监测区域基于四叉树迭代划分的方式,进行均匀分簇,构建基于四叉树层次的网络拓扑结构,并对簇群进行编码。接着从感知节点的剩余能量、感知节点与其所在网格中心的距离以及感知节点的通信功率等三方面因素,设计簇首选举算法,选择符合选举条件的感知节点作为簇首节点。为使簇首节点的能耗更加均衡,设定合理的簇首节点工作周期。对应的路由四叉树层次增设路由中间节点,相邻路由层间的数据转发完全由路由中间节点负责,路由时,采用边转发边融合的策略,对节点数据进行融合。最后,从数据融合、节点平均能耗、查询平均能耗以及网络的生命周期等角度,对QUCRP进行仿真,并与GeoGrid、QuadGrid进行相关性能的对比分析。实验结果表明,QUCRP路由协议的冗余信息融合比例更大、节点的平均能耗更低以及网络生命周期更长,证明了QUCRP是一种高效的可应用于实际的无线传感网络路由协议。
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