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无线传感器网络作为下一代新型网络正在越来越多的受到国内外的关注,它能实时、有效、便捷的获取物理世界信息,并对应用环境进行监控。无线传感器网络在军事、农业、工业、交通和智能家居等方面有着广阔的应用前景。与传统网络相比,无线传感器网络低带宽、节点能源有限、计算和数据处理能力低等因素则制约了无线传感器网络的发展。所以在研究工作中,如何结合无线传感器网络自身的特点设计高效的无线传感器网络是很重要的。路由协议作为无线传感器网络中的关键技术之一,仍有大量的工作需要进行研究。
本课题结合多跳传输、均衡网络负载、节点铺设密度、节点剩余能量因素,改进出了一种基于簇内独立重建的层次路由协议,即IRC-HRP协议。该协议规定在传感器网络初始化的时候,由基站首先根据每个节点的地理位置对全网进行层次和簇域的划分,划分好的层次和簇域在以后的拓扑结构中不再变化。每个簇都有唯一的层号和簇号标识。这样可以保证在重建簇时,不用像“轮循”工作方式一样在全网内进行,只在单独的簇中进行,从而不会影响其它工作状态良好的簇,并避免了频繁在全网内进行“轮循”的重建簇而消耗的能量。此外IRC-HRP协议还在簇中加入了一个辅助节点。辅助节点不负责采集数据,作为下一任簇首节点的同时,还负责侦听簇首的生存状态,防止簇首突然死亡造成簇的瘫痪。在路由搭建的过程中,IRC-HRP协议加入了路由补救策略,根据一定的规则选取正常的节点填补某些退出该路径的节点,使原先的路径可以继续传输数据。
本文最后利用仿真工具MATLAB对LEACH、EECS和IRC-HRP协议进行仿真,从网络生存周期、网络能耗和数据传输总量三个方面分析三种层次路由协议的性能。经比较得出IRC-HRP协议较LEACH和EECS延长了网络生存时间,在一定程度上提高了无线传感器网络的实用价值和性能,从而完成了对无线传感网络层次路由协议设计的初步目标。