基于低能耗策略的无线传感器网络路由算法研究

来源 :华北电力大学(北京) 华北电力大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wumin0371
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无线传感器网络(WSN)通常由大量传感器节点组成,采用多跳以及自组织通信的方式收集监测区域内的数据。在网络中节点的能量、计算能力以及带宽是十分有限的,且传感器节点多数不能更换电池,能量是无线传感网中宝贵的资源。网络中节点的数据通信过程是无线传感器网络能量消耗的主要部分,路由协议的优劣直接影响到网络的生存时间。因此,如何有效降低节点的能耗,延长网络生命周期,一直是无线传感器网络路由协议研究的重点问题。本文首先分析了无线传感器网络路由协议的发展现状及存在的问题,在此基础上着重分析了LEACH算法的工作原理以及其存在的不足,并针对LEACH算法的缺陷,提出一种基于模糊理论的LEACH改进路由算法FTC A。算法的基本思想是各节点采用不同的成簇概率,使得远离Sink节点的簇规模小,靠近Sink节点的簇规模大,从而均衡网络内节点的能量消耗,延长网络生命周期,提高网络的整体性能。为了进一步节省网络能耗,适应传感网在大区域环境下的应用,本文设计了一种低功耗非均匀分簇多跳路由协议UCMR,对簇头选举、簇头路由进行优化,解决了传统多跳的分簇路由算法存在的“热点”问题,大大延长了网络寿命。在初始化阶段,算法将网络分成若干虚拟环,并计算各环最优簇头数目,从而合理控制了簇的大小;在簇的路由建立阶段,将Sink节点视为一个候选簇头节点,建立由外层到内层的簇头路由树,从而减少全网能量消耗;在建立簇头路由树过程中,算法首先建立了距离适宜度函数,以评价节点位置对簇头路由的影响,在最小化本地节点能耗的同时最大程度减少网络总体能量消耗,然后建立了能量适宜度函数,使得能量较高的节点具有更大概率被选作中继节点,最后对二者进行综合评估得到综合的路由适宜度函数,以函数值大小作为路由适宜程度的量化指标,兼顾了距离和能量两点因素的影响。仿真结果表明,在大区域环境下,UCMR可以显著延长网络的生命周期,均衡节点能量消耗。
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