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伴随着低功耗无线通信和微机电系统领域的不断发展,一个有趣且富有挑战的领域—无线传感网—应运而生.无线传感网由通过无线媒介连接的大量传感器节点组成,执行分布式的监测任务.这些微小的传感器能够感知特定的环境信息,例如温度、声音,或者特定目标的出现.传感器将采集的数据直接发送或通过其它节点多跳转发至命令中心(基站或汇聚点)供用户进一步处理.
因为无线传感网中最具有挑战性的问题是有限且不可重复补充的能量供给,大量的研究试图从硬件架构和网络协议设计方面改善能量效率,其中路由是无线传感网的一个重要且热门的研究课题.由于无线传感网具有不同于传统通信系统和移动Ad Hoc网络的众多特性,路由设计具有较大的难度.
本论文主要研究无线传感网中能量高效的基于分簇的路由协议.在无线传感网中,基于分簇的层次式路由能够有效地降低通信开销,利用数据融合,延长网络生存时间。首先回顾了文献中一些基于分簇的路由协议.然后提出了一种用于无线传感网的能量高效的分簇方案EECS(Energy—Efficient Clustering Scheme).它采用与LEACH相同的通信模式,设计目标是延长LEACH所适合的数据收集应用的网络生存时间。在簇首选举阶段,具有较多剩余能量的节点以局部竞争的方式被选为簇首.在簇的构建阶段,为平衡簇首的负载,普通节点在加入簇时不仅考虑簇内的通信代价,还考虑簇首至基站的通信代价.实验结果显示,与LEACH相比,EECS显著延长了网络生存时间。
最后,研究了一种基于非均匀分簇的路由机制UCR(Unequal Cluster—basedRouting).为了降低能量消耗,簇首相互协作将数据多跳转发至基站.但是由于靠近基站的簇首承受了相当大的中继流量,因此较早耗尽自身能量而失效,引起网络分割.这个问题被称为“热区问题”(hot spot problem).UCR机制包含两部分,其一是用于拓扑管理的非均匀分簇算法EEUC(Energy—Efficient Unequal Clustering),另一个是用于簇首间通信的地理与能量感知的路由算法.UCR机制的主要特点是它同时考虑了簇内和簇间流量的影响,利用非均匀分簇的机制来减轻热区问题.实验结果显示,与HEED相比,UCR显著延长了网络生存时间.