【摘 要】
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无线传感器网络(WSN)是由大量具有特定功能的传感器节点组成的自组织网络,因其设置灵活而在军工业、商业、民用、医疗等方面都得到了广泛的应用。由于传感器节点能量受限且部署环境恶劣,因此如何高效利用节点能量,均衡网络能耗,延长网络寿命成为了广大学者研究的热点问题。而在一些对信息实时性要求较高的应用中,要求节点将感知的数据信息尽快发送给汇聚节点,以便对事件做出及时有效的反应,因此如何降低信息传输的延迟也
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无线传感器网络(WSN)是由大量具有特定功能的传感器节点组成的自组织网络,因其设置灵活而在军工业、商业、民用、医疗等方面都得到了广泛的应用。由于传感器节点能量受限且部署环境恶劣,因此如何高效利用节点能量,均衡网络能耗,延长网络寿命成为了广大学者研究的热点问题。而在一些对信息实时性要求较高的应用中,要求节点将感知的数据信息尽快发送给汇聚节点,以便对事件做出及时有效的反应,因此如何降低信息传输的延迟也是研究人员密切关注的问题。本文首先针对无线传感器网络中节点能耗不均衡和能量利用率低而影响网络生命周期的问题,提出了基于环分块的能耗均衡分簇路由算法(EBCR-RP);然后针对网络信息传输时延较高的问题,提出了基于非均匀占空比的低时延分簇路由算法(LDCR-UDC);最后通过仿真实验对所提出算法的有效性进行了验证。论文的主要工作和创新点包含以下:(1)深入的分析了WSN路由算法的优缺点和节点的休眠/唤醒机制。(2)提出了一种基于环分块的能耗均衡分簇路由算法(EBCR-RP)。为了均衡网络能耗,提高能量利用率,改善网络性能,EBCR-RP算法在网络模型、簇的数目、簇头选择以及路由路径方面都进行了优化。首先通过计算使网络能耗最低的单跳距离,并将其作为环间距,以节省能耗;再通过优化各环簇的数目以均衡簇头能耗,能够在非均匀分簇的基础上,使网络能耗更加均衡;然后将每环均匀分块,并在每个区块中选取能量最高的节点担任簇头,避免用概率公式选取簇头而引起簇头分布不均匀及数目不固定的问题;在数据传输阶段,设计了传输代价函数,寻找数据传输代价小的最优路由路径,从而有效地降低网络能耗。(3)提出了一种基于非均匀占空比的低时延分簇路由算法(LDCR-UDC)。针对节点的休眠/唤醒模式带来信息传输延迟的问题,LDCR-UDC算法对网络中节点的占空比进行了调整。通过设置低时延通信链路(LDCL)来进行数据包的转发工作,且LDCL上节点的占空比高于网络中其他节点,因而进行信息交互时需要等待的时间较短,簇头通过LDCL与汇聚节点进行通信,能够降低网络传输延迟。同时LDCL上节点的占空比较高,能耗较大,LDCR-UDC算法还设计了LDCL动态切换机制,避免链路上节点失效而导致数据包传输中断的问题。(4)通过Matlab编程实现了EBCR-RP算法和LDCR-UDC算法。仿真结果表明,EBCR-RP算法在能耗均衡性、能量利用率及网络寿命等方面都有较大的提升,而LDCR-UDC算法则有效地降低了网络传输延迟。
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