基于数据预测的无线传感器网络能量均衡路由协议

摘要

无线传感器网络综合了微电子技术、无线通信技术、嵌入式计算技术、现代网络以及分布式信息处理技术等先进的技术，其研究已经成为无线通信领域的重要课题。无线传感器网络能够协调地实时监测、感知和采集整个网络覆盖区域中的不同环境和监测对象的信息，并对其进行处理，然后将处理的信息通过无线通信的方式发送，并以自组织多跳的方式传送给基站。无线传感器网络自身特点包括:节点能量有限、不易维护、数量庞大;自组织构成网络，以数据为中心，本地节点进行数据融合。其中节点能耗问题是摆在面前的主要问题。因此，设计开发高效的通信路由协议已成为当前无线传感器网络领域中的主要研究课题。
　　 针对LEACH分簇协议的不足之处，本文提出了两种新的路由通信协议:一种是基于数据预测与数据融合的无线传感网络数据传输协议DACP，另一种基于Sink多路径能量均衡路由协议MEBRP。
　　 针对LEACH协议能耗较多和部分节点过早死亡的问题，本文提出了DACP协议。采用分簇的思想，减少网络数据传输。传感器在发送数据之前，把感应到的数据和接受sink节点发送的预测数据进行比对来决定是否发送数据到簇头，可以大大减少传感器节点数据传输。当簇头接受到簇内所有节点发送过来的数据时，先对数据进行融合，然后决定是否发送到sink节点，这样发送到sink节点的数据就会大量减少，减少单个传感器节点能源消耗，大大提高整个网络的生存时间。
　　 针对分簇协议中簇头节点能耗不均衡以及节点过早死亡的问题，本文提出了MEBRP协议，使所有节点的能量消耗尽可能的均衡。Sink节点将每个节点的位置信息以及其周围的邻居节点信息发送给每个节点，这样当网络成簇后，簇头可以动态选择多个下一跳的簇头节点，可以建立多条不相交发送到下一个簇头的路径，并且可以将数据拆分成多个数据包，分头发送，从而将能量消耗分摊到多条路径上，这样就可以使得簇头节点的能量消耗尽可能的减少，尽可能的维持了整个网络的能量均衡。
　　 改进后的算法采用MATLAB进行仿真实验。DACP算法仿真结果表明改进后的算法和LEACH算法相比，网络寿命有显著提高，大约能提高整个网络45％的性能。MEBRP算法大约提高了35％的性能。