无线传感器网络路由算法的研究与改进

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由于无线传感器节点的能源、计算能力和带宽都非常有限,传统的无线路由协议不适合无线传感器网络。无线传感器网络路由协议设计的首要目标是有效节约能源,最大限度的延长网络生命周期,因此,研究在传感器节点上设计有效的网络划分和路由协议来降低节点能源损耗,提供健壮、可靠、高效的网络服务成为学术界研究的热点。路由问题是无线传感器网络的核心问题,一个网络设计的成功与否,路由算法非常关键。   论文以能源效率为目标,围绕降低节点能量消耗,促使能量均衡损耗,便利数据汇聚及去冗余等问题展开研究,参照LEACH分簇协议,提出了基于地理位置信息的能量均衡损耗簇聚路由协议——LEACH-M。   LEACH协议中,簇首节点是随机产生的,各节点等概率的担任簇首节点,各簇首节点直接与基站通信,使得簇首节点在整个网络中分布不均,簇首节点有可能是低能节点,各簇域覆盖范围不均匀,各簇首节点与基站通信消耗过多的能量,加速了整个网络的死亡。针对这些问题,LEACH-M协议基于地理位置信息预先均匀分簇,各簇域覆盖范围基本相同,簇首节点分布较为均匀,且避免了频繁的建簇引起能量不断损耗;上一轮簇首节点根据本簇域内传感器节点的位置信息以及剩余能量选择下一轮簇首节点,簇首节点选取简单且更为合理:簇间采用多跳路由,借用Prim算法,结合剩余能量的条件,生成最小生成树,确定二级簇首节点,其余簇首节点根据生成的最小生成树路由将数据发送到父节点,父节点先将数据进行融合再转发,直至二级簇首节点,二级簇首节点将整个网络收集的信息传送到基站,采用多跳路由不仅去除了数据冗余,而且避免了大量簇首节点向基站发送数据以致过度耗能的问题;当网络中有新的传感器节点加入时,该节点根据距离的远近选择加入簇域,簇首为该节点分配时隙,一定程度上支持动态的传感器网络。
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