提高无线传感器络能量效率的分簇和路由研究.pdfVIP

摘要 如何高效地使用有限的节点能量来延长网络生存时间，己成为无 线传感器网络面临的首要挑战。网络拓扑的设计和路由的选择将对节 点能量消耗产生重大的影响。针对网络通信负载和能量消耗的不均衡 问题，本文以网络能量的高效利用为目标，对无线传感器网络拓扑的 优化和路由协议这两个关键技术进行研究。 首先，为了解决网络中节点能量利用不均衡造成的能量浪费问 题，提出一种基于功率均衡的分布式动态分簇机制，建立层次型网络 拓扑结构。在基本的簇结构下，以不同簇的功率均衡作为约束条件， 预先确定分簇的拓扑模型，期望每个簇的能量能够同时耗尽；节点根 据模型参数采用分布式方式快速分簇，并通过对位置和剩余能量的评 估来竞选簇头。基站通过对模型的特征参数进行周期性调整，开始新 的一轮簇的建立，改变簇的相对分布，使簇头在不同节点间轮换，从 而将通信负载均匀分布到各节点。 其次，针对层次性网络拓扑下不同类型节点在传输能力、通信负 载和能量消耗等方面的差异，提出一种能效引导的双层路由协议。将 路由问题分解为簇头之间的骨干层路由和簇成员．簇头的低层路由。 设计基于最小传输能耗和负载均衡的骨干层路由判据，在最小化簇头 传输能耗的基础上，采用吸引因子来均衡不同中继节点的通信负载和 可用能量；为低层路由选择设计自适应的最小传输能耗作为度量指 标，在保证中继节点能量充足的前提下，为簇成员选择具有最小传输 能耗的单跳或多跳路径到达簇头。 最后，利用NS2网络仿真工具对节点能量消耗的均衡性、网络 生存时间、数据传输所需能耗等方面进行性能评估，验证所提的分簇 机制和路由协议的有效性。 关键词无线传感器网络，能耗均衡，分簇机制，双层路由 ABSTRACT Duetothe constraintofthe to energy sensors，howemployenergy hasbecomea networks． forwirelesssensor efficiently primarychallenge Thenetwork and selection rolein topologydesign routing playimportant fordata atthe sensors’energyconsumption gathering．Aiminginadequate utilization issue theunbalancedtrafficloadand energy broughtby energy overthe thesisfocuseson network，this consumption improvingenergy by a schemeanda efficiencydevelopingclustering layeredrouting mainworksareasfollows： protoc01．The solvethe waste causedtheunbalanced Firstly,to energyproblemby dis