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无线传感器网络节能路由协议研究

王平  
【摘要】: 无线传感器网络WSN(Wireless Sensor Network)是一种无基础设施的无线网络,它综合了传感器技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术和无线通信技术,能够协作地实时监测、感知和采集网络分布区域内的各种环境或监测对象的信息。 无线传感器网络是传感器、通信和计算机3种技术相结合的产物,鉴于无线传感器网络将逻辑信息世界与客观物理世界融合在一起,改变了人类与自然界的交互方式,因而具有广泛的应用前景。无线传感器网络具有很多不同于传统网络的特点,如能量严重受限、拓扑结构频繁变化等。因此,WSN网络协议的设计同现有各种网络协议的设计大不同,因而面临着各种新的挑战。在协议栈的众多协议中,网络层路由协议算法作为一项关键技术已成为目前研究的热点。 无线传感器网络路由协议的分类基本上延续了传统Ad hoc网的分类方法,根据不同的角度可以进行不同的分类。根据路由发现策略的角度,可分为主动路由和被动路由两种类型;根据网络管理的逻辑结构可将路由协议分为平面路由和分层结构路由两类。LEACH是一种基于分簇(Clustering)的路由协议,在无线传感器网络路由协议占有重要地位,其他基于聚类的路由协议如(?)EEN、APTEEN、PEGASIS等大都由LEACH发展而来。因此研究LEACII路由协议具有重要的意义。 无线传感器网络中节点的能量是有限的,而且一般不能补充能量。所以如何最大化节点能量的利用率,延长整个传感器网络的生命周期,一直是无线传感器网络的一个研究热点。本文针对Leach路由算法的不足,提出一种新的基于能量考虑的梯度分簇路由算法G-Leach。G-Leach算法针对Leach算法的不足,提出了新的簇头选举策略、成簇策略以及新路由机制。G-Leach算法的簇头选举策略平衡了簇的大小,并且根据簇头的剩余能量信息来选举簇头;成簇策略避免了簇与簇之间的相互重叠,防止了数据冗余;路由机制采用贪心算法根据能量以及梯度不断的寻找下一跳节点,最终将数据传送给Sink节点。这些策略有效的克服了Leach算法的不足。 本文还给出了算法分析以及OMNET++仿真试验的实验结果,验证了G-Leach路由算法在节约能源和延长传感器网络生命周期方面的优越性。


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