基于机会路由的无线传感网络分簇路由算法

摘要

无线传感网络（WirelessSensorNetwork，WSN）作为一种新型的数据信息获取和处理模式，已广泛应用于军事航空、空间探索、环境监测和健康医疗等领域。然而在实际应用中，无线传感网络经常被部署在偏远地区或者条件比较恶劣的环境，无线信道的复杂多变性易导致其传输链路会频繁的中断;另外，传感节点一般都是依靠能量有限的电池进行供电的，电池能量耗尽时节点将停止工作，因此，能量问题成为制约着网络性能的瓶颈;同时，当节点发生故障或者能量即将耗尽等紧急情况发生时，网络期望节点可以立即发送一个具有高优先级的紧急报文到监控中心，以便网络可以快速及时的采取应对措施，从而保证网络的安全可靠。为了解决上述问题，如何有效的构建网络拓扑结构以及设计高效的路由算法以满足不同应用的需求成为无线传感网络研究的热点问题。本文针对以上提出的问题进行研究，主要贡献包括以下两点:
　　首先，为了满足无线传感网络针对不同优先级数据传输的延迟要求，本文提出一种基于多优先级数据拥塞控制的机会路由算法CEDOR。该算法综合考虑了各个节点的剩余能量以及到Sink节点的最短路径预测，同时，还考虑了针对多优先级数据的拥塞情况，在数据传输过程中，依据定义的转发效用测度（DeliveryUtility）动态的选择候选转发节点集对数据进行转发。仿真结果表明，CEDOR算法在保证网络寿命前提下，可以有效的提高网络数据传输效率，均衡整个网络的能量消耗，同时降低高优先级数据的传输时延。
　　其次，本文在对比和分析经典分簇路由算法HEED的基础上，提出一种高效的基于机会路由的动态分簇路由算法ED-HEED（EfficiencyDynamicHEED）。在簇首选择阶段，为了优化网络拓扑结构，选取更优的节点担任簇首，改进的成簇算法增加了对节点到Sink节点的最短距离预测以及节点拥塞情况的考虑;在数据传输阶段，ED-HEED算法采用本文提出的更加高效的CEDOR机会路由算法作为簇首之间的数据传输方式;同时，本文还提出了一种新的自适应动态重新分簇机制，以及加入了数据冗余和安全控制机制。最后，仿真实验结果表明:ED-HEED算法相比于HEED算法能够更加有效的降低整个网络的能量消耗，延长网络寿命，同时ED-HEED算法还能降低高优先级数据的传输时延，保证网络的安全性和有效性。