基于鄰居數(shù)量的自適應(yīng)三維地理路由策略

【摘要】在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，由于傳感節(jié)點(diǎn)自身攜帶的能量有限，以及部署規(guī)模大和所處應(yīng)用環(huán)境的復(fù)雜性，致使節(jié)點(diǎn)一旦部署就難以補(bǔ)充能量或更換電池。因此，諸多節(jié)能傳輸策略的研究一直是該網(wǎng)絡(luò)面臨的重要挑戰(zhàn)之一。本文結(jié)合無線網(wǎng)絡(luò)能耗模型和鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)量，提出了一種自適應(yīng)的三維地理路由機(jī)制。

【關(guān)鍵詞】無線傳感網(wǎng)絡(luò)地理路由

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Networks，WSNs）是由部署在開放區(qū)域內(nèi)的大量廉價微小型傳感器節(jié)點(diǎn)組成的一種無線多跳自組織網(wǎng)絡(luò)。然而，由于傳感器網(wǎng)絡(luò)部署規(guī)模較大，所處的環(huán)境復(fù)雜多變，致使這些傳感節(jié)點(diǎn)一旦部署就難以維護(hù)（比如：更換電源）。因此，節(jié)能策略和節(jié)能傳輸機(jī)制的研究一直是該網(wǎng)絡(luò)面臨的重要挑戰(zhàn)之一。為了節(jié)約有限的節(jié)點(diǎn)能量，設(shè)計(jì)一種擁塞度相對較低而且能耗較為均衡的自適應(yīng)路由機(jī)制是至關(guān)重要的。

在國內(nèi)外研究人員的積極努力下，針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能量有限的問題，提出了許多能量高效的路由協(xié)議，其中地理路由協(xié)議由于簡單和良好的擴(kuò)展性備受關(guān)注[1]。地理路由協(xié)議，以地理信息為基礎(chǔ)來有效地進(jìn)行路由選擇，在路由建立的過程中，某一節(jié)點(diǎn)不需要知道整個網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)的地理位置信息，只知道其鄰居節(jié)點(diǎn)以及目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的地理位置信息的；通過計(jì)算其諸多鄰居節(jié)點(diǎn)和目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的距離來選擇下一跳節(jié)點(diǎn)；這樣就將路由選擇的范圍只限定在鄰居節(jié)點(diǎn)范圍，從而大大降低了網(wǎng)絡(luò)流量，節(jié)約電池電量[2]。其中，典型的地理位置路由協(xié)議為無狀態(tài)的貪婪周邊路由協(xié)議GPSR[3]。本文將結(jié)合無線網(wǎng)絡(luò)能耗模型和鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)量，基于GPSR路由協(xié)議提出了一種自適應(yīng)的三維地理路由機(jī)制。

一、能耗模型

為了研究無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，Heinzelman提出First Order射頻模型[6]。發(fā)射機(jī)和接收機(jī)工作時的電路損耗為Eelec=50nJ/bit，發(fā)射機(jī)發(fā)射放大器損耗為著amp=100pJ/bit/m2。對于發(fā)射機(jī)來說，發(fā)送kbit信息，傳輸距離為d，消耗能量為：Es（k，d）=Eelec（k）+Eamp（k，d），則有：Es（k，d）=Eelec*k+著amp*k*d2；對于接收機(jī)，接收kbit信息，消耗能量為：ER（k，d）=Eelec（k）=Eelec*k。對于傳感器節(jié)點(diǎn)來說，發(fā)送和接收的能耗都和數(shù)據(jù)包的大小有關(guān)，降低數(shù)據(jù)包發(fā)送的頻率，減小數(shù)據(jù)包的長度可以有效的降低單個節(jié)點(diǎn)的能耗。

二、基于鄰居數(shù)量的自適應(yīng)三維地理路由策略

Step5：當(dāng)N（i）=○，數(shù)據(jù)包無法轉(zhuǎn)發(fā)的情況，即橢球區(qū)域內(nèi)沒有可供轉(zhuǎn)發(fā)信息的節(jié)點(diǎn)，路由黑洞是其中一個特例。以本節(jié)點(diǎn)為源節(jié)點(diǎn)，目標(biāo)節(jié)點(diǎn)不變，重新確定次極小橢球區(qū)域，這一步稱為橢球重構(gòu)。

Step6： Goto Step2。

三、結(jié)論

本文針對傳感器節(jié)點(diǎn)能量的有限性，綜合考慮了能量與通信量平衡的策略，并結(jié)合鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)量和次極小橢球機(jī)制，提出了一種基于鄰居數(shù)量的自適應(yīng)三維地理路由選擇方法。該方法對于研究更加高效的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)能機(jī)制和路由策略，延長網(wǎng)絡(luò)生命周期，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

參考文獻(xiàn)

[1]楊冕，秦前清.基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2004，32（3）：130-131.

[2]張衡陽，李瑩瑩，劉云輝.基于地理位置的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議研究進(jìn)展倡[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究，2008，25（1）.

[3] Karp B， Kung H T. GPSR： Greedy Perimeter Stateless Routing for wireless networks[C]. In： MOBICOM 2000， 2000. 243-254.

[6] Heinzelman W R， Chandrakasan A， Balakrishnan H. Energy-efficient communication protocol for wireless microsensor networks[C]. In： 33rd Annual Hawaii International Conference on System Sciences， 2000. 10-12.

[7]陳衡，錢德沛，伍衛(wèi)國，等.傳感器網(wǎng)絡(luò)基于鄰居信息量化的能量平衡路由[J].西安交通大學(xué)學(xué)報，2012，46（4）：1-6.

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