无线传感器网络定向扩散路由协议的研究与改进

摘要

无线传感器网络是一种新型的、无基础设施的、自组织的无线网络。近年来随着微电子技术、传感器技术及通信技术的发展，无线传感器网络技术发展迅猛、进展很快，而且在军事与民用方面的一些具体应用也取得了成功。但是，由于无线传感器网络具有硬件资源有限、电源容量有限、以数据为中心、自组织、多跳路由、动态拓扑、节点数量众多且分布密集等特点，许多现有的路由协议都不适用于它，从应用层面来讲，人们往往只关注获得特定的数据，而不会访问某个指定的传感器节点；从网络层面来讲，中间节点不但要负责转发数据分组，而且还需要按照一定的规则对数据进行分析和处理。因此，无线传感器网络不同于传统的网络，需要路由协议能应对以上问题，同时，节点能量有限也决定了高效利用能量是协议考虑的重要因素。定向扩散协议是以数据为中心，具有良好扩展性，比较适合于无线传感器网络，该协议将应用层的需求、路由生成和数据的聚集三者结合起来。但是定向扩散算法主要依赖于泛洪方式来建立路由，随网络规模的扩大，消耗更多的能量，这将严重影响网络的生命周期和见状性。
　　 本文提出了一种基于蚁群算法的改进协议DDBA。改进协议依据蚁群算法的基本原理优化路径的建立，在路由过程中，综合考虑网络中节点的剩余能量和节点间的传输能耗，平衡网络的负载使能量均衡到多条路径上，避免了只在某几条路径上传输数据，而使该路径上能量消耗较快或某些节点过早死亡。理论分析和仿真结果表明，改进的协议有效地减少了网络中节点的耗能，提高了节点能量的利用率，使网络能量消耗均衡，有利于延长节点和网络的工作寿命，增强网络的健壮性。