多sink点WSN中均衡能耗与流量的网络划分和路由算法研究

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目前无线传感器网络节点仍然使用电池供电,能量资源有限使得如何提高节点能效,延长网络寿命成为了一个重要挑战。而网络拓扑的设计和路由的选择将对节点能耗产生重大的影响。为了提高节点能量的使用效率,延长网络寿命,本文在多sink网络中,对与能耗紧密相关的网络划分和路由协议进行了研究。为解决节点能量消耗不均和网络负载不均问题,提出均衡网络能耗与流量的网络划分。首先使用最近K邻居集合对多sink点网络范围进行划分,再根据多sink点网络划分中节点数目进行必要调整,并在多sink点网络中提出能耗均衡的非均匀分簇划分。在每个簇中综合考虑节点剩余能量,节点到簇质心的距离,节点与sink点的距离,选择出最适合的节点担当簇头。同时簇头轮换机制将簇头所需要承担的能耗较均匀地分散到适合的节点上;而适时地调整簇的相对位置,能够均衡簇中不同节点和不同簇的能耗。针对路由时节点能耗不同和为了适应可能的网络流量不均,提出均衡能耗与流量的路由算法。首先在多sink点网络划分基础上,根据多sink点的当前可达性和距离,簇头选择出当前最合适的目的sink点。在簇内传输时,使用单跳传输方式节省能量。在簇间传输时,簇头根据局部拓扑,将两跳内能耗较小的几条路径视为候选路径。当网络流量较均衡时,考虑转发节点对两跳路径上能耗的承受度,选择出最能担任路径上能耗的转发节点和相应路径。当网络流量不均衡时,选择出候选两跳路径中可通行流量最大的路径为最适合路由路径。最后,本文使用NS2网络仿真工具对网络中节点能量的使用效率,网络寿命和网络时延进行了仿真分析和比较,验证了文中网络划分和路由算法在多sink点无线传感器网络中的有效性。
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