无线传感器网络中的节能路由协议设计

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通信技术、嵌入式计算技术和传感器技术的飞速发展和日益成熟,使得无线传感器网络成为当前一个研究热点。由于传感器节点的能量非常有限,在大规模网络环境中,一个很重要的问题就是如何节省节点的能量从而提高网络的生命期。路由是传感器网络中至关重要的一个组成部分,如何合理地设计路由协议从而节省传感器节点有限的能量并最终提高网络的生命期是本文的研究重点。本文利用无线传感器网络“多对一”通信的特点,提出了一种新的、基于地理位置信息的路由协议——基于行进启发的地理位置路由。与传统的遇到“空洞”时再想办法绕开的协议(NBIA)相比,该协议不需要等到数据包遇到“空洞”时才采取措施,而是在数据包离空洞还有一定距离时就提前绕开它。另外,本文证明了只要网络中路径存在,该算法总可以找到一条路径通向基站。模拟研究表明,与NBIA协议相比,该协议少走了弯路,减少了能量消耗。本文还提出了在具有移动基站的无线传感器网络中的一种新的路由协议——ALLUP,该协议在基站移动的时候只需要在一个小的区域内更新基站的地理位置信息。理论分析和模拟研究表明,较之全局更新基站位置信息的路由协议,该协议降低了基站位置信息更新的代价,减少了无线信道的冲突概率,可适用于大规模无线传感器网络。本文更进一步提出了无线传感器网络中一种基于哈希区域的数据分发协议——HashQuery。该协议使得移动基站和传感器节点可以通过一个以时间为关键字的哈希函数找到同一个哈希区域,它们分别把查询和所监测到的感兴趣的事件投递到同一个区域,从而减少了查询处理和数据分发的代价。同时,哈希区域随着时间的推移不断地改变位置,从而达到平衡网络能量消耗的目的。本文针对传感器网络的特点提出了几种新颖的路由方案,说明通过合理地设计路由协议,能够大大节省网络的能量,进而延长网络的生命期。
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