用于无线传感网的最大化网络生存时间及可靠分区路由算法

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sinox2006
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无线传感器网络是一种新兴的信息获取和处理技术,具有十分广阔的应用前景,可以被广泛的应用于军事、民生、经济等方面。无线传感器网络通常由许多低成本、密集部署的传感器节点组成,节点具有一定的无线通信能力,一般用电池供电能量有限,而且部署环境往往十分复杂,导致节点的更换和电池能量补充都十分困难。因此,在无线传感器网络设计时,要求网络系统在能量有限的情况下尽可能工作较长时间,并且在恶劣环境下仍然可以保证可靠的数据传输。  本文主要研究无线传感器网络的路由协议,它作为无线传感器网络研究的核心技术之一,对整个网络系统的性能有着重要影响。基于现有的无线传感器网络路由协议,以延长传感器网络的生存时间和保证数据传输的可靠性为目的,本文深入研究能量感知和可靠路由算法。首先提出一种最大化网络生存时间的能量感知路由算法ETXRE,通过将链路质量参数ETX(Expected TransmissionCount)和节点的剩余能量(Residual Energy)结合起来应用到路由代价函数中,节点剩余能量越多,链路ETX越小,其路由代价越小。ETXRE路由算法在路由抉择时,总是选择具有最小路由代价的邻居节点作为父节点,既减小了传输能耗又实现了网络能量的均衡,从而实现网络生存时间的最大化。本文对ETXRE路由算法的性能进行了仿真,并且与其它路由算法的性能进行了比较,仿真结果显示ETXRE路由算法在几种路由算法中具有最大的网络生存时间,其能量利用效率最高。  另外,基于传统无线网络已有的链路模型和分析工具,本文研究了无线传感器网络通信链路的传输特性,根据其链路分区特性,提出一种基于链路质量RSSI(Received Signal Strength Indicator)的可靠分区路由算法RSRE。无线链路根据通信质量可以被分为四个区域:可靠通信区、不可靠通信区、不对称链路区和非连通区。在路由选择时,RSRE算法优先考虑可靠通信区的邻居节点,从中选择一个具有最小跳数的邻居作为父节点;其次才考虑位于不可靠通信区的邻居节点,从中选择RSSI值最大的邻居作为父节点;算法不考虑不对称链路区和非连通区的邻居节点。通过40个传感器节点和连续30天时间的室内环境测试,验证了RSRE可靠分区路由算法在数据通信方面具有很好的可靠性,其网络最大丢包率仅为0.09%。
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