无线传感器网络最小跳数路由算法研究
A Study on Minimum Hop Routing Alogrithm for Wireless Sensor Networks
无线传感器网络是一种综合了检测、无线通信和计算机网络技术,用于数据采集和传输的自治系统,由大量的散布在工作区域中具有无线通信、传感和数据处理能力的传感器节点组成.由于无线传感器承担了检测、处理和通信等多种任务消耗了大量能量和无线带宽,因此无线传感器网络面临着较大的能量和带宽等资源压力,需要采用合理节能的路由算法来实现数据分组的多跳传输,路由算法设计的首要目标是如何高效使用节点能量资源、延长网络生存期.本文对无线传感器网络最小跳数路由算法进行了深入研究,内容主要包括以下两个方面:(1)针对现有无线传感器网络最小跳数路由算法在下行路由创建过程和能量更新机制中存在冗余控制开销的问题,本文提出一种采用跨层和功率控制机制,具有节能功能的双向最小跳数路由算法(Cross-layer Energy-efficient Bidirectional Routing,CEBR):无需使用专门的控制分组,采用源路由方式以较小开销建立从Sink节点通往传感器节点的下行路由;通过跨层信息共享,定期采集节点剩余能量信息并按需发布;设计使用含跳数和节点剩余能量的合成路由度量标准,减少节点能量和网络带宽消耗的同时均衡节点能耗;结合RSSI(Received Signal Strength Indication)测距实现节点发射功率控制从而在数据及查询分组发送过程中节约节点能量.理论分析表明了CEBR的有效性;仿真结果显示:与现有的典型相关算法相比,CEBR能够在建立双向最小跳数路由的前提下,至少降低34.5%的归一化控制开销和27.12%的数据分组平均能耗,并使网络生存期延长18.98%以上.(2)针对现有无线传感器网络最小跳数路由算法在路由维护过程中存在的数据分组能耗和时延过大等问题,本文提出了一种基于最小跳数的分布式路由维护方法(Distributed Routing Maintenance based on Minimum Hop, DRMMH),无需专门的控制分组,在ACK分组中携带节点自己和其父节点的能量信息,路由选择时能够考虑两跳范围内的节点能量信息,均衡节点能量消耗;节点在发现自己的跳数信息因为邻居节点的死亡或移动而改变后,主动向邻居节点更新自己的跳数信息,减少数据分组传输跳数,降低数据分组能耗和时延.理论分析和仿真结果都表明,DRMMH能够提高数据分组平均能量消耗,降低数据分组端到端时延,延长网络生存期.无线传感器网络最小跳数路由算法由于采用平面拓扑,复杂度较低,易于实现,是无线传感器网络路由技术中值得深入研究的领域,希望本文工作能够推进无线传感器网络最小跳数路由算法的发展,并为未来的相关研究提供有益参考.
- 作者：
- 徐中浩
- 学位授予单位：
- 重庆邮电大学
- 专业名称：
- 通信与信息系统
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2013年
- 导师姓名：
- 任智
- 中图分类号：
- TP212.9；TN929.5
- 关键词：
- 无线传感器网络；最小跳数路由；路由维护；节能；跨层设计
- Wireless Sensor Networks(WSNs)；Minimum hop routing；Routingmaintenance；Energy conservation；Cross-layer design