無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能與可靠性研究.pdf

1、近年來,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)因為在軍事,環(huán)境監(jiān)測,農(nóng)業(yè),家庭智能化等諸多方面的廣闊應(yīng)用前景使其研究受到越來越多人的關(guān)注。在很多應(yīng)用環(huán)境中,特別是軍事,環(huán)境監(jiān)測,醫(yī)學(xué)監(jiān)測等領(lǐng)域,對可靠性的要求非常高。但由于傳感器網(wǎng)絡(luò)具有節(jié)能和使用環(huán)境常常很惡劣的特點,使網(wǎng)絡(luò)很容易出現(xiàn)傳感器節(jié)點失效和通信鏈路不可用的情況,同時惡意攻擊也會導(dǎo)致節(jié)點和鏈路的失效。這些因素都將嚴(yán)重影響傳感器網(wǎng)絡(luò)的可靠性。可靠性問題已經(jīng)成為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的一個研究熱點。 目前對

2、可靠性的研究，主要通過分析通信節(jié)點和鏈路不能正常工作引起的網(wǎng)絡(luò)的性能變化來實現(xiàn)的。文中針對這兩種情況對傳感器網(wǎng)絡(luò)的可靠性問題進行研究。同時考慮到在傳感器網(wǎng)絡(luò)中傳感器節(jié)點能量的不可更換和有限性,本文同時也把節(jié)能做為了研究的重點之一。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中,由于分簇網(wǎng)絡(luò)具有降低節(jié)點能量消耗,提供靈活、可靠的通信,并提高網(wǎng)絡(luò)的可擴展性等諸多優(yōu)點,我們選擇分簇?zé)o線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為我們的研究基礎(chǔ)。所謂分簇網(wǎng)絡(luò)是指采用分布式方式控制網(wǎng)絡(luò),通常網(wǎng)絡(luò)

3、被劃分為若干個簇,簇由簇頭節(jié)點和成員節(jié)點組成。 本文首先敘述了一些無線傳感器分簇網(wǎng)絡(luò)算法,節(jié)能和可靠性問題的一些基本概念,并對目前提出的典型分簇算法進行了敘述并比較優(yōu)缺點。然后以無線傳感器分簇網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ),對傳感器節(jié)點在網(wǎng)絡(luò)運行過程中的節(jié)點能量消耗和傳遞信息能量消耗進行了分析,提出兩種節(jié)能、可靠的算法:EETRC和EERRC算法。理論分析和仿真結(jié)果表明與現(xiàn)有的算法相比,這兩種算法不僅有效提高網(wǎng)絡(luò)的生存時間,還分別從拓?fù)淇煽亢吐酚煽?/p>

4、靠兩個方面提高了網(wǎng)絡(luò)的可靠性。 EETRC算法通過設(shè)置簇頭輔助節(jié)點有效解決了簇頭損壞給網(wǎng)絡(luò)帶來的負(fù)面影響,平衡了簇頭的能量負(fù)載,增加了網(wǎng)絡(luò)的可靠性?？紤]到傳感器節(jié)點的能量有限,我們在簇頭、簇頭輔助節(jié)點和基站之間采用了一種新的優(yōu)化信息傳輸模式。這種模式避免了傳統(tǒng)傳感器網(wǎng)絡(luò)中長距離通信帶來的能量過度耗損問題,有效的延長了整個網(wǎng)絡(luò)的生命周期。仿真結(jié)果表明,EETRC在節(jié)能和提高網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇煽啃苑矫娓纳屏司W(wǎng)絡(luò)的性能。 理論分析發(fā)現(xiàn)

5、簇網(wǎng)絡(luò)中簇頭的能量消耗主要集中在長距離數(shù)據(jù)傳輸,EERRC算法在網(wǎng)絡(luò)中根據(jù)節(jié)點的地理位置選出部分節(jié)點,然后用這些節(jié)點建立一個固定、拓?fù)淞己玫臄?shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò),因此距離基站遠(yuǎn)的簇頭可通過數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)傳輸信息至基站,避免了簇頭的長距離傳輸,且數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)便于實現(xiàn)可靠的多路徑路由,從而提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性和節(jié)能性能。仿真結(jié)果表明EERRC在理想通信環(huán)境下,節(jié)約了網(wǎng)絡(luò)能量,延長了網(wǎng)絡(luò)的生存時間。在通信環(huán)境不理想的情況下,保證網(wǎng)絡(luò)可靠性的同時,也能保證不