无线传感器网络基于邻居节点分布的地理路由算法

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无线传感器网络由大量的传感器节点自组织、多跳传输的方式构成的无线网络,能够实时监测、收集、传输各种数据,部署方便快捷,具有广泛的应用前景,是目前国际上的研究热点之一,被Technology Review杂志称其是未来改变人类世界的十大新兴技术之首。但由于无线传感器网络中的节点能量、计算能力、存储能力有限,使得传统的路由算法不适用于无线传感器网络,因此研究出适用于无线传感器网络的路由算法就显得尤其重要。地理位置路由算法就是一个热门的研究方向。地理位置路由算法不需要获取整个网络的拓扑结构,只需要根据局部网络节点的地理位置信息来选择路由,大大的降低了能耗和控制开销,具有良好的可扩展性、鲁棒性和低开销。地理位置路由算法主要采用贪婪转发的原则,从局部区域中选择一个最接近目的节点的邻居节点作为下一跳节点,使得数据逐步靠近目的节点。在网络节点较多,布局均匀的情况下,算法的效率很高,选择的路由路径一般接近甚至达到最优路由。但当网络部署不均匀或者部分节点能量耗尽死亡之后,就会出现路由空洞,不能再用进行贪婪转发,这将严重影响路由的效率。为了解决地理路由中的空洞问题,世界各国的专家学者从不同的角度提出了自己关于路由空洞问题的解决思路,可以大概的分为基于洪泛、基于周边转发、基于扩大邻居节点范围和基于代价的路由空洞处理等。GPSR算法是基于周边转发的地理路由算法的一个经典算法,当遇到路由空洞的时候就采用使用右手法则进行周边转发,最终找到一条到达目的节点路径,当存在一条源节点到目的节点的路径时,GPSR算法就能把报文交给目的节点,也就是说GPSR算法是最大程度交付算法。本文在GPSR算法的基础上,提出一种基于邻居节点象限分布的空洞预测算法,将节点的通信范围划分成四个象限,然后根据四个象限的邻居节点数对空洞节点进行预测,能够预测出多数的空洞节点,在转发的时候优先选择经过预测属于非路由空洞的节点作为下一跳。从而减少了遭遇路由空洞的次数,提高了路由效率,同时对周边转发进行优化,使其不再单一的依靠右手法则进行转发,而是根据网络的拓扑结构来选择转发方向。通过实验仿真对比,在相同的场景下,本文算法的平均跳数比GPSR算法的平均跳数减少了22.46%,同时平均跳数、控制开销和报文交付率都优于RPR算法。
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