可靠高能效无线传感器网络路由算法研究

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网络生存周期和检测可靠性是无线传感器网络的重要性能指标。相关研究表明,网络检测可靠性与事件区域活跃汇报节点(Active Reporting Nodes,ARNs)的数量正相关,但更多的ARNs意味着更多的网络能耗,这将减少网络寿命。目前,兼顾网络能效和检测可靠性的路由算法还很少。基于此,本文在现有能量有效路由算法与检测可靠性研究的基础上,提出一种基于能量均衡的可靠多路径聚合路由算法(EBRMAR),算法的应用场景为大规模节点非均匀部署的事件驱动型无线传感器网络,目的是提高网络生存周期和事件检测可靠性。论文的主要工作如下:1)分析无线传感器网络数据传输特点,结合区域位置和节点密度信息,设计多跳汇聚网络能耗速率估算模型,并根据能耗速率在网络不同区域合理分配ARNs数量,充分使用低能耗区域的节点能量,减少高能耗区域的节点能量消耗,从而在均衡网络能耗和延长网络寿命的同时,提高事件检测可靠性;2)设计基于动态相关性半径的ARNs选择算法,算法根据事件区域节点的位置关系和剩余能量,通过调节空间相关性半径长度选择相应数量剩余能量较多的ARNs,使ARNs既满足数量分配要求又具有合理的位置分布和较多的剩余能量,从而提高事件检测可靠性,均衡网络能耗;3)以节点剩余能量、路径能耗、路径跳数为性能指标,设计基于前向转发节点集的最优路径搜索算法,并通过该算法规划能量均衡的多路径汇聚路由,包括一条数据收集的最优主路径和每个ARN节点的最优汇聚路径,所有汇聚路径在主路径上的聚合节点汇聚;监测数据经汇聚路径到达聚合节点,在聚合节点完成数据聚合后,经主路径到达Sink节点,从而减小热点区域的能量消耗,延长网络寿命。本文在同一网络模型和仿真环境下对EBRMAR算法与SCMR、RMER算法进行性能测试。仿真结果表明,与SCMR算法和RMER算法相比,EBRMAR算法的平均检测失真分别下降了23%和6.38%;网络生存周期分别延长了4.42倍和91%;网络节点的平均能量利用率分别提高了7.54倍和1.11倍;此外,EBRMAR算法的网络能量均衡性也优于SCMR算法和RMER算法。
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