基于节点电池管理的无线传感器网络分簇路由算法研究

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无线传感器网络的许多应用都依赖于电池的能量。但是,常常被人们所忽视的是把电池仅视为一个简单的能量储藏器,而对电池本身的节能研究较少。无线传感器网络由成千上万个微型廉价的传感器节点组成。每个传感器节点由传感器模块、处理器模块、通信模块、能量供应模块四部分组成。在一个典型的传感器节点中,传感器模块与处理器模块消耗电池能量非常小;但是,带放大器的通信模块在发送或接收数据包时消耗的能量较多。因此,设计一个能量消耗较少的路由协议对提高无线传感器网络寿命是极为重要的。基于节能的考虑,本文主要做了以下两个方面的工作:1、针对节点能量优化展开研究。通过实验分析了电池的恢复作用,并提出饱和阈值和随机遥感激活的马尔可夫链模型的概念。接着对单跳网络无工作周期与带缓冲工作周期的两种情况进行对比研究,充分论证了采用工作周期与缓冲能延长电池的使用寿命。然后,将研究推广至多跳网络。在多跳网络中,传感器节点还要监听和接收来自其它邻居节点的数据。在工作周期时传感器节点之间还需要一个协调的问题,以便如果相邻节点是激活的,每个传感器节点能够发现。为了解决以上问题,本文对伪随机序列工作周期进行了改进,并利用了电池恢复的饱和阂值。且对伪随机序列方案进行扩展,提出了一个简单的方案——强制睡眠。2、充分考虑了节点采用脉冲式的统一放电形式进行工作,提出了一种新的路由算法,即分簇电池感知路由算法。该算法将尽可能的提供脉冲式的统一放电,使得具有较高剩余容量的节点将被选为簇头节点。模拟实验表明,分簇电池感知路由延长无线传感器网络的寿命,网络寿命达到了LEACH算法的3倍以上。
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