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无线传感器网络由部署在一定空间的多个具有无线通信功能和传感监测功能的传感器节点组成,是通过无线通信方式组成的一种多跳自组织网络。传感器节点对信息进行采集、处理并传输到汇聚节点,实现被监测区域内复杂目标的检测与跟踪。节点能量消耗是影响网络寿命的主要因素,而减少节点能量消耗、延长网络寿命是无线传感器网络路由协议设计的首要考虑目标之一,这对网络路由协议提出了更高的要求。在节点采用休眠/唤醒策略来减少能量消耗的研究方面,目前的工作大多数在MAC协议的基础上进行研究。
本文从路由协议进行考虑,提出了一种新的基于最小跳数路由协议和基于最小梯度场路由协议的节点休眠算法,本文分两章(第四、第五章)分别对其进行了讨论。根据节点功能不同,基于最小跳数路由协议的节点休眠算法可分为中间节点和终端节点两类,这两类节点采用不同的休眠/唤醒策略。中间节点转发完所有子节点数据时进入休眠,在下一周期开始时唤醒;终端节点发送完数据后休眠,等到再次发送数据时唤醒。通过重复的休眠过程,降低节点的能量消耗,延长网络寿命。基于最小梯度场路由协议的节点休眠算法根据源节点到汇聚节点可有多条传输路径,可能存在父节点携带一个子节点或者多个子节点,子节点可能有一个或者多个父节点,这些节点的关系是一对一、多对一、一对多或者多对多,而采用不同的休眠/唤醒策略。只有父子关系是一对一的子节点休眠后父节点立刻休眠,其它三种关系是全部子节点休眠后父节点才休眠,如果在这些节点中有终端节点或者是只有子节点没有孙节点的节点,则使用特殊的休眠/唤醒策略。在一个周期内深度越深的节点开始休眠的时间就越早,通过节点休眠能够使能量消耗减少,从而达到延长网络生存期的目的。本文使用OPNET仿真工具搭建基础平台,并在此平台上对基于最小跳数路由协议和基于最小梯度场路由协议的节点休眠算法进行仿真实验和性能评估。通过模拟不同网络场景,对网络寿命、平均剩余能量、节点存活率、数据传送成功率等方面进行了比较和分析。仿真结果表明这两种休眠算法节约了节点能量,延长了无线传感器网络的寿命。