無線傳感器網(wǎng)絡的節(jié)能與可靠性研究.pdf

1、近年來,無線傳感器網(wǎng)絡因為在軍事,環(huán)境監(jiān)測,農(nóng)業(yè),家庭智能化等諸多方面的廣闊應用前景使其研究受到越來越多人的關(guān)注。在很多應用環(huán)境中,特別是軍事,環(huán)境監(jiān)測,醫(yī)學監(jiān)測等領域,對可靠性的要求非常高。但由于傳感器網(wǎng)絡具有節(jié)能和使用環(huán)境常常很惡劣的特點,使網(wǎng)絡很容易出現(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致節(jié)點和鏈路的失效。這些因素都將嚴重影響傳感器網(wǎng)絡的可靠性?？煽啃詥栴}已經(jīng)成為無線傳感器網(wǎng)絡的一個研究熱點。 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)絡的可靠性問題進行研究。同時考慮到在傳感器網(wǎng)絡中傳感器節(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)絡中,由于分簇網(wǎng)絡具有降低節(jié)點能量消耗,提供靈活、可靠的通信,并提高網(wǎng)絡的可擴展性等諸多優(yōu)點,我們選擇分簇無線傳感器網(wǎng)絡作為我們的研究基礎。所謂分簇網(wǎng)絡是指采用分布式方式控制網(wǎng)絡,通常網(wǎng)絡

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)絡為基礎,對傳感器節(jié)點在網(wǎng)絡運行過程中的節(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)絡的生存時間,還分別從拓撲可靠和路由可

4、靠兩個方面提高了網(wǎng)絡的可靠性。 EETRC算法通過設置簇頭輔助節(jié)點有效解決了簇頭損壞給網(wǎng)絡帶來的負面影響,平衡了簇頭的能量負載,增加了網(wǎng)絡的可靠性。考慮到傳感器節(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)絡的生命周期。仿真結(jié)果表明,EETRC在節(jié)能和提高網(wǎng)絡拓撲可靠性方面改善了網(wǎng)絡的性能。 理論分析發(fā)現(xiàn)

5、簇網(wǎng)絡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、拓撲良好的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡,因此距離基站遠的簇頭可通過數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡傳輸信息至基站,避免了簇頭的長距離傳輸,且數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡便于實現(xiàn)可靠的多路徑路由,從而提高網(wǎng)絡的可靠性和節(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)絡能量,延長了網(wǎng)絡的生存時間。在通信環(huán)境不理想的情況下,保證網(wǎng)絡可靠性的同時,也能保證不