移动自组织传感器网络分簇多路径自适应路由协议研究

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随着微机电系统(MEMS)技术以及无线通信技术的发展,基于无线智能传感器构建的移动自组织无线传感器网络也引起了各国学者和工业界的广泛关注。与传统的无线传感器网络相比,移动自组织无线传感器网络也有其自身的特点:网络部署更灵活,覆盖面更广泛,能量消耗更平衡,网络可以利用节点移动带来的通信机会实现数据传输等。但是,移动无线传感器节点也面临着处理能力受限、存储空间受限、无线链路带宽受限、能量供应受限以及由于节点自由移动造成网络拓扑频繁变化等问题,这给移动自组织传感器网络的路由协议设计带来极大的挑战。在充分考虑移动自组织传感器网络特点的前提下,为了提高路由的可靠性、吞吐量,增加可用带宽,实现能量消耗的平衡,以及减少端到端的延迟,本文提出了基于分簇结构的自适应多路径路由协议(CMARP),该协议综合了分簇结构以及多路径路由的优点。该协议的主要内容包括:(1)建立4跳簇结构,(2)创建节点不相交的多路径路由,(3)利用“奇偶类”方法一定程度减轻了多路径的乱包问题。(1)建立4跳簇结构的模型。在移动自组织无线传感器网络中,簇结构的创建包含两个阶段:第一阶段,簇的创建由源节点发起,即创建第一个簇结构,该簇包含了源节点,并且源节点到达该簇的簇头只有1跳的距离;第二阶段,在第一个簇的周围分布式地创建簇结构。在创建簇的过程中,充分考虑了簇的稳定性、簇内节点的能量平衡,因此建立起的4跳分簇结构具有高稳定性,节点能量消耗平衡等优点。在簇结构的维护过程中,考虑了分簇结构“连锁反应”的副作用,并且引进了"DEPEND"状态的节点,从而很大程度上减少了分簇结构的“连锁反应”副作用。(2)创建节点不相交的多路径路由。在创建的分簇结构的基础上,以簇为单位来寻找路由路径,即路由路径由簇头为代表的簇组成。多路径路由的建立过程主要由以下三个部分来完成:目的簇头筛选多路径,簇内建立多路径和簇间建立多路径。目的簇头负责寻找高可靠性的、跳数少且节点不相交的多路径。为了保持路径的可靠性,中间簇还维护了簇内网关的路由,这进一步增强了簇内通信的可靠性;簇与簇之间同样建立了多路径路由,从而进一步保证路由路径的可靠性。(3)对多路径的包乱序问题进行处理。为了减轻多路径的包乱序问题,提出了基于“奇偶类”的数据包发送方法,该方法在一定程度上缓解了包的乱序问题。仿真实验结果表明,本文提出的基于簇结构的多路径路由协议在包延迟、包传递率路由请求率及吞吐量方面取得了较好效果。
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