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文檔簡介
1、人類進入21世紀以來,隨著計算機、無線通信、傳感器技術以及自動控制等學科的飛速發(fā)展,使得構造能夠根據(jù)環(huán)境自主完成指定任務的無線傳感器網絡變?yōu)榭赡?。無線傳感器網絡作為新興的測控網絡,能夠自主實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、融合和傳輸。它的存在改變了人與自然交互的方式,是21世紀的IT熱點技術之一,在軍事、醫(yī)療、環(huán)境監(jiān)控和其他一些商業(yè)應用領域有著廣泛的前景和價值。
在無線傳感器網絡中,路由協(xié)議作為通信過程中的核心支撐技術成為學術界研究的重要內容。由
2、于無線傳感器網絡受到節(jié)點能量、計算以及通信等條件的限制,因此在設計路由協(xié)議時,如何以高效的能量利用率將數(shù)據(jù)從源節(jié)點傳輸至基站成為協(xié)議設計的主要目標。雖然目前已經有許多學者對大規(guī)模網絡的分簇和路由進行了研究,也取得了顯著的成效,但是還是存在著一些問題。研究表明,分簇路由雖然在節(jié)約能量和提高通信帶寬方面有著顯著的優(yōu)勢,但是單一簇首節(jié)點的可靠性與穩(wěn)定性對全網性能影響很大,信息的采集與融合會大量消耗簇首的能量導致節(jié)點死亡。并且每一輪簇首選舉也會
3、造成過多的能量損耗,減少數(shù)據(jù)傳輸時間;另外,隨著無線傳感器網絡規(guī)模的不斷擴大,如果協(xié)議只有在數(shù)據(jù)發(fā)生擁塞時啟用解決機制,難免會因為控制信息的傳輸進一步加劇網絡擁塞。因此,尋找一種有效的耗能均衡算法來解決 WSN分簇與擁塞問題顯得十分重要。
本論文針對大規(guī)模的無線傳感器網絡展開研究工作,主要研究內容如下:
1)查閱現(xiàn)有的文獻以及國內外相關的參考資料,針對WSN節(jié)點在工作中的能量消耗與節(jié)能問題進行了分析,論述了在大規(guī)模無
4、線傳感器網絡中,分簇路由算法在全網節(jié)能方面的優(yōu)勢,并指出現(xiàn)有層次路由算法存在的不足和需要進一步解決的問題。
2)在簇首選擇階段,針對單一簇首機制下的過多簇首能量損耗問題,提出了基于主副簇首的分簇機制。協(xié)議通過綜合代價函數(shù)選舉主副簇首,分別承擔了簇域內信息的采集、融合以及簇間的轉發(fā)工作,避免了單簇首時能量的大量消耗,均衡了網絡負載。在成簇階段,提出了一種節(jié)點密度控制策略,在該方法中,副簇首根據(jù)其與基站距離的遠近確定可容納節(jié)點個數(shù)
5、,避免了因節(jié)點密度不均導致靠近基站簇首負擔加重的可能。同時,改單輪成簇為雙輪成簇,有效地延長了數(shù)據(jù)傳輸時間,避免了每一輪因為成簇造成的通信損耗。
3)構建了一種基于擁塞預知的多徑尋優(yōu)路由策略。該策略基于主動避免擁塞的思想對節(jié)點進行擁塞檢測,依據(jù)節(jié)點擁塞度、剩余能量以及最小跳數(shù)計算節(jié)點的轉發(fā)成功率,并以此為依據(jù)確立源節(jié)點到Sink節(jié)點間的最優(yōu)路徑。同時,對于突發(fā)的擁塞,協(xié)議啟用擇路繞行機制,避免數(shù)據(jù)傳輸過程中經過擁塞節(jié)點,保證數(shù)
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