无线传感器网络中能量洞避免路由算法研究

摘要

无线传感器网络(WSN，wireless sensor network)是一种新兴的应用技术，它是由成百上千个具有自组织能力并能协作感知对象信息的传感器节点组成，这些节点携带有限的能量且能量补给困难。因此，在无线传感器网络的众多关键技术中，节能路由的研究尤为重要。
　　 在无线传感器网络中，节点通过多跳路由的方式发送数据到基站。因此，距离基站远的节点消耗能量比较多，而距离基站近的节点由于需要转发其它节点发送过来的数据而消耗大量能量，这就导致了在网络死亡的时候还有大量能量剩余，这一现象被称作能量空洞。
　　 本文从能量洞现象的分析出发，做了以下几个方面的研究：
　　 (1)介绍了无线传感器网络的概念和节点结构，重点分析了无线传感器网络路由协议，详细阐述了几种经典的平面路由协议和层次路由协议，进而引出了对能量洞问题的研究。
　　 (2)研究了无线传感器网络中的能量空洞问题。分析并证明了能量洞存在的事实，总结了几种流行的能量洞问题的研究模型，并着重分析了能量空洞避免路由算法的研究现状。
　　 (3)提出了基于平面路由的能量洞避免算法(HRTBR)。基于平面路由的能量洞避免算法在分环无线传感器网络模型的基础上采用单跳和多跳混合的路由方式来均衡网络的能量消耗。该路由策略首先建立节点间的最小通信代价路由树，并利用中间环、距离阈值和能量阈值实现单跳和多跳的混合路由通信方式，既避免了距离基站远的节点单跳长距离通信方式下的能量消耗，又减轻了距离基站近的节点转发负载，将能量消耗均匀地分布到网络中，较好的避免了能量洞的形成。
　　 (4)考虑到平面路由的可扩展性不是很好，不适用于更大规模的网络，本文提出了基于层次路由的能量洞避免算法(RCBDF)。该路由算法将监测区域分成大小相等的环，并在环中进行分簇，在综合考虑节点剩余能量率和簇覆盖率问题的同时，引入了双簇头角色反转的思想完成路由通信。
　　 仿真实验表明以上两种路由算法均能有效地避免了能量洞的形成，较好地延长了网络生命周期。