[發明專利]無線傳感器網絡基于代價函數的能效路由協議的實現方法

無效

• 申請號: 200810027367.7
• 申請日: 2008-04-11
• 公開（公告）號: CN101282353A
• 公開（公告）日: 2008-10-08
• 發明（設計）人: 劉星成;袁東升;張曉瑜
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: H04L29/08
• 分類號: H04L29/08;H04L12/56;H04L12/28
• 代理公司: 廣州粵高專利代理有限公司
• 代理人: 禹小明

技術領域

本發明涉及無線傳感器網絡技術領域，尤其涉及一種無線傳感器網絡基于代價函數的能效路由協議的實現方法。

背景技術

無線傳感器網絡(WSN，Wireless?Sensor?Network)與傳統的無線網絡不同，傳感器節點能量支持和通信寬帶都是受限且一般沒有能量補充的，計算能力和存儲容量都很有限，這就要求在提供一定服務的前提下盡可能降低節點能耗，盡可能延長網絡生命周期。因此，能效是無線傳感網絡系統中要考慮的一個關鍵因素，而路由又要消耗大量的能量，設計出合理的路由方案也是至關重要的。

于2000年麻省理工學院電子工程和計算機科學系的Wendi?Heizelman等人為無線傳感器網絡專門設計的低功耗自適應聚類路由協議(W.R.Heinzelman，A.Chandrakasan，H.Balakrishnan，Energy-efficient?communication?protocol?for?wireless?microsensor?networks，IEEEHICSS，Maui，Hawaii，4-7?Jan.2000，pp.1-10.)。該協議采用隨機選取若干個簇頭，把網絡分成若干個簇，簇頭直接與基站通信，而簇內成員只與所屬簇的簇頭通信。LEACH在運行過程中不斷的循環執行簇的重構過程，每個簇重構過程采用“輪”的方式。每“輪”可以分成兩個階段：簇的啟動階段和傳輸數據的穩定階段。與直接通信路由協議相比，在第一個節點死亡之前系統所完成的通信輪數能得到8倍左右的提高。該協議的不足之處是，每輪中任意節點成為簇頭的概率均為p，而不是根據存活節點的數量進行相應的調整，使得能耗分配不均衡，簇頭隨機選取，不能保證簇頭在網絡中的分布是否合理，而簇頭的分布又在很大程度上決定了該輪的能量損耗狀況。此外，所有簇頭是直接與基站通信，這對遠離基站的簇頭能量損耗很大。

在2002年航空航天公司計算機系統研究部介紹了“無線傳感網絡PEGASIS協議”(S.Lindsey?and?C.S.Raghavendra，PEGASIS：Power-Efficient?Gathering?in?Sensor?InformationSystems，IEEE?Aerospace?Conference，Big?Sky，Montana，March?2002，Vol.3，pp.1125-1130.)和“一種低功耗自組織傳感器網絡協議”(S.Lindsey，C.S.Raghavendra，K.M.Sivalingam，Data?gathering?algorithms?in?sensor?networks?using?energy?metrics，IEEE?Transactions?on?Paralleland?Distributed?Systems，Sept.2002，13(9)：924-935.)。這種協議是采用貪婪算法將網絡中所有節點連成一條鏈，并隨機選出一個首領節點負責將結果數據傳送給基站。它比LEACH協議更節省能量，但其缺陷在于，將所有節點連成一條鏈本身就是一個NP復雜性問題(多項式復雜程度的非確定性問題)，用貪婪算法并非總能得到很好的結果，如果網絡節點數目很大，鏈路變得很長，數據傳輸時延將會顯著增大。而且，節點要存儲網絡的全局信息需要較大的存儲空間。