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Cluster-based Routing Algorithms for Energy Efficiency and Transfer Reliability in Wireless Sensor Network

By 梁英

Abstract

MEMS、无线通信、自动控制和人工智能等领域技术的发展,使得构造能够自主完成特定任务的大规模无线传感器网络成为可能。无线传感器网络的出现改变了人与自然的交互方式,是二十一世纪最具影响的IT技术之一,在军事、环境、医疗、家庭和其它的商用领域有很高的应用价值和广阔的应用前景。 在无线传感器网络中,路由协议作为通信的基础成为学术界研究的重要内容。无线传感器网络的路由协议设计与传统网络有很多不同,无线传感器网络路由协议设计的重要目标是降低节点能量损耗,提高网络生存时间;而传统网络路由协议设计的首要任务是避免网络拥塞、保持网络连通性和提供高质量服务。这些不同导致传统网络的路由协议不能直接用于无线传感器网络,需要对其进行改进以适合无线传感器网络。论文针对基于大规模无线传感器网络的路由特点和挑战展开研究工作,主要研究内容与成果包括以下几个方面。 论述无线传感器网络路由协议设计所面临的挑战性问题,系统地总结了前人的研究成果与不足。 分析了传感器网络系统在工作过程中的能量消耗和节能问题,论述了在大规模无线传感器网络中,分簇路由策略相对平面路由策略的节能优势,并指出现有分簇路由算法在实际应用中存在的缺陷和需要进一步解决的问题。 针对节点间能量差异显著的网络,提出了最大网络生存时间的分簇机制。通过构造基于节点剩余能量的簇首选择机制和基于综合代价函数的簇域划分机制,在有效保证节点能量损耗公平性的同时逐渐降低网络的能量差异,最大限度地延长了网络生存时间。 针对监控目标具有区域性变化的应用,提出了一种基于节点信息相似度的分簇机制。采用遗传算法将可能出现相似信息的节点区域尽量规划到相同的簇域内,通过簇首对簇内相似信息的融合,最大限度地降低网络冗余数据的传输。 针对节点随机部署的网络环境,提出了一种基于PSO的簇首优化策略。该方法利用PSO算法进一步优化簇首的选择,优化后的簇首能够降低簇内低能量节点的通信距离和能量开销,较好地解决了簇内节点间通信的不公平性问题。 提出了一种最小能量代价的节能路由策略。该方法采用中心式控制方式,由基站获取网络内所有簇首的拓扑信息,计算并形成簇首间具有方向权值的路由图,并发布到整个网络。该策略可以为多个移动或静止的基站服务,并实现全局优化的目标。 构建了一种基于虚拟簇首的可靠路由策略。该策略利用冗余的簇首集为网络节点提供多条备用的通信路径,并将整个簇首集用唯一的虚拟簇首标识。当活动簇首发生失效时,该策略能够在不影响分簇算法性能的同时保证簇间通信的可靠性

Topics: TP212, 无线传感器网络, 路由协议, 分簇, 节能性, 可靠性, SOUNDNESS, 可靠性, DICHTIGKEIT, SANTE D UNE PIECE COULEE
Year: 2007
OAI identifier: oai:ir.sia.cn/:173321/74
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