无线传感器网络负载均衡路由协议研究

摘要

负载均衡是无线传感器网络路由协议中的重要内容之一，传感器节点能够达到负载均衡，意味着它们的能量效率提高了，这对提高整个网络能量的均衡利用起着至关重要的作用，网络能够达到负载均衡，其生存周期也会随之延长。因此，通过提高网络中节点间的负载均衡性来延长网络生存期是一个重要的研究思路。本文以均衡网络节点负载、提高能量效率、延长整个网络生存期为目标，主要做了如下工作:
　　 (1)基于以“多对一”为主要通信方式的静止的单sink节点传感器网络，针对网络中的“漏斗效应”及“热节点”问题，提出静态负载均衡树路由协议。综合考虑节点的代价及能量效率，构造负载均衡树来均衡节点的负载，通过仿真，将本文所提出的方案与DEBR（Distributed Energy Balanced Routing）路由协议以及最短路径汇集树路由协议进行了比较，通过对网络生存期、存活节点数、最大跳数及剩余能量等指标的仿真。仿真结果表明:本文的负载均衡树路由协议有效地提高节点的能量利用效率、均衡网络负载并最终延长网络生存期。
　　 (2)针对移动多sink节点的网络场景，在查询驱动的大型传感器网络中，特别是连续查询的情况下，利用构建虚拟网格的思想，提出一种动态网格切换路由协议。该动态网格切换路由协议能够及时缓解分发节点的负载，一方面，避免了分发节点失效而导致的网格重建，节省了大量能量;另一方面，能根据分发节点的能量状态及负载状态，动态地采用相应的切换频率进行网格切换，从而能够减少分发节点在超荷状态下工作的情况，进而使网络达到负载均衡的效果，以此来延长网络生存期。最后就能耗随查询数、源事件数的变化情况，以及网络生存期、存活节点数等性能指标，对动态网格切换路由协议与TTDD(Two-tier Data Dissemination)协议进行仿真与比较。仿真结果表明，文章所提的协议比TTDD协议具有更少的通信能耗、更高的能量效率，网络负载得到更大程度地均衡，网络生存期也相应地得到延长。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 国内外研究现状及挑战

1．2．1 研究现状

1．2．2 面临的挑战

1．3 主要研究内容

1．3．1 问题的提出

1．3．2 研究内容

1．4 课题来源

1．5 论文的结构

第二章 无线传感器网络路由协议

2．1 无线传感器网络与传统网络的区别

2．2 无线传感器网络路由协议关键问题分析

2．3 无线传感器网络负载均衡路由协议的设计目标

2．4 静止WSNs路由协议

2．4．1 单sink节点静止WSNs路由协议

2．4．2 sink节点静止WSNs路由协议

2．5 移动WSNs路由协议

2．5．1 传感器节点移动而sink节点静止

2．5．2 sink节点移动而传感器节点静止

2．5．3 传感器节点与sink节点都移动

2．6 本章小结

第三章 负载均衡树路由协议

3．1 引言

3．2 网络模型和基本前提

3．2．1 能量模型

3．2．2 相关定义

3．3 能量有效路由

3．3．1 初始化阶段

3．3．2 选择下一跳节点

3．3．3 树的维护

3．4 仿真实现及结论分析

3．5 本章小结

第四章 移动sink的负载均衡路由协议

4．1 引言

4．2 sink节点移动对网络数据流的影响

4．3 基本假设及相关定义

4．4 动态网格切换协议思想

4．4．1 格状网络的建立

4．4．2 查询转发

4．4．3 动态切换频率

4．4．4 切换处理

4．4．5 sink节点移动处理

4．4．6 路径信息更新

4．5 仿真实现及结论分析

4．6 本章小结

第五章 全文总结及展望

5．1 全文总结

5．2 未来工作及展望

致谢

参考文献

附录 攻读硕士期间取得的学术成果