基于gear路由協(xié)議無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究

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1、基于GEAR路由協(xié)議無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究【摘要】無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種新興的網(wǎng)絡(luò)，它綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)和無線通信技術(shù)。它是一種全新的強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)信息獲取和處理技術(shù)，它可以為許多應(yīng)用提供支持。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議設(shè)計(jì)的首要目標(biāo)是高效利用節(jié)點(diǎn)能量°GEAR路由協(xié)議是一種采用貪婪轉(zhuǎn)發(fā)與節(jié)點(diǎn)能耗均衡性相結(jié)合路由方案的地理位置路由協(xié)議。它較好考慮了節(jié)點(diǎn)的能量有效性，能很好地適用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。本文對(duì)GEAR路由協(xié)議中的估計(jì)代價(jià)進(jìn)行了詳細(xì)的分析，對(duì)估計(jì)代價(jià)中的可調(diào)參數(shù)a值進(jìn)行了詳細(xì)的分析，針對(duì)靜態(tài)

2、、動(dòng)態(tài)、自適應(yīng)三種情況下a值對(duì)GEAR在能量和距離方面的感知產(chǎn)生的影響進(jìn)行了闡述和說明?！娟P(guān)鍵詞】無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；路由協(xié)議；GEAR；可調(diào)參數(shù)a1無線傳感器網(wǎng)絡(luò)1.1傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)一般包括傳感器節(jié)點(diǎn)、匯聚節(jié)點(diǎn)和管理節(jié)點(diǎn)。大量傳感器節(jié)點(diǎn)隨機(jī)部署區(qū)域稱之為監(jiān)測區(qū)域，監(jiān)測區(qū)域內(nèi)部節(jié)點(diǎn)可以通過無線自組織方式構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)。傳感器節(jié)點(diǎn)監(jiān)測的數(shù)據(jù)沿著其他傳感器節(jié)點(diǎn)逐跳地傳輸，傳輸過程根據(jù)路由協(xié)議選擇下一節(jié)點(diǎn)。中間監(jiān)測數(shù)據(jù)可能被多個(gè)節(jié)點(diǎn)處理，經(jīng)過多跳后傳輸?shù)絽R聚節(jié)點(diǎn)，發(fā)布監(jiān)測任務(wù)以及收集監(jiān)測數(shù)據(jù)。該網(wǎng)絡(luò)主要由感知網(wǎng)絡(luò)、傳輸網(wǎng)

3、絡(luò)以及用戶管理網(wǎng)絡(luò)組成。其典型的工作方式為：被部署的大量WSN節(jié)點(diǎn)之間通過自組織形式構(gòu)成一個(gè)感知網(wǎng)絡(luò)，正其內(nèi)部每個(gè)節(jié)點(diǎn)兼具有主機(jī)和路由器的雙重功能，采集的數(shù)據(jù)通過節(jié)點(diǎn)間的協(xié)作轉(zhuǎn)發(fā)達(dá)到基站（sink節(jié)點(diǎn)）。為提高信息的可信度和精度感知數(shù)據(jù)在向sink節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)倪^程中，可能需要經(jīng)過多次融合處理，或者根據(jù)需要對(duì)多個(gè)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行本地綜合歸納，從更高的信息層次判斷被監(jiān)測區(qū)域所發(fā)生的事件。通過基站，WSN可以與外界衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)或Internet互聯(lián)。1.2傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用前景非常廣闊，能夠廣泛的應(yīng)用于軍事、環(huán)境監(jiān)測和預(yù)

4、報(bào)、健康護(hù)理、智能家居、大型倉庫管理等等領(lǐng)域。傳感器網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為軍事C4SRT系統(tǒng)不可缺少的一部分，受到了軍事發(fā)達(dá)國家的普遍重視，他們陸續(xù)投入了大量的人力和財(cái)力進(jìn)行研究。民用方面，主要表現(xiàn)在環(huán)境監(jiān)測和預(yù)報(bào)系統(tǒng)，傳感器系統(tǒng)可廣泛的運(yùn)用在農(nóng)作物灌溉、土壤狀況監(jiān)測方面的監(jiān)測運(yùn)行。在醫(yī)療行業(yè)運(yùn)用更為廣泛，采集病人心率、血壓參數(shù)，隨時(shí)了解病人的病情，這些都是需要無線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為支持。1.3無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的路由協(xié)議路由協(xié)議是指負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)分組從源節(jié)點(diǎn)通過網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)到目的節(jié)點(diǎn)，主要包括兩方面的功能：尋找源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)的優(yōu)化路徑，將

5、數(shù)據(jù)沿著優(yōu)化路徑正確轉(zhuǎn)發(fā)。無線傳感器路由協(xié)議主要具備一下特點(diǎn)：能量優(yōu)先、基于局部拓?fù)湫畔ⅰ⒁詳?shù)據(jù)為中心、數(shù)據(jù)存在冗余。針對(duì)不同的特點(diǎn)，無線傳感器的路由協(xié)議主要分為四種類型：能量感知路由協(xié)議、基于查詢的路由協(xié)議、地理位置路由協(xié)議、可靠的路由協(xié)議。2GEAR路由協(xié)議分析2.1GEAR路由協(xié)議基本原理傳感器網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)通常需要獲取它的位置信息，這樣采集的數(shù)據(jù)才會(huì)有意義。地理位置路由假設(shè)節(jié)點(diǎn)知道自己的地理位置信息，節(jié)點(diǎn)按照相應(yīng)的策略轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)到目的節(jié)點(diǎn)。而GEAR路由協(xié)議正是此種協(xié)議的經(jīng)典協(xié)議。GEAR路由機(jī)制根據(jù)時(shí)間區(qū)域的地理

6、位置信息，首先建立匯聚節(jié)點(diǎn)到時(shí)間區(qū)域的優(yōu)化路徑，避免了洪泛的方式，從而大大的減少了路由建立的開銷°GEAR路由協(xié)議的傳輸主要分為兩個(gè)階段：第一階段是匯聚節(jié)點(diǎn)向目的區(qū)域的每個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送查詢消息；第二階段是目的區(qū)域的節(jié)點(diǎn)收到查詢消息后反向傳輸需要的監(jiān)測信息。匯聚節(jié)點(diǎn)發(fā)出查詢命令發(fā)送到時(shí)間區(qū)域的每個(gè)節(jié)點(diǎn)，分為兩個(gè)步驟來完成，不同的情況運(yùn)用的方式不同。(1)查詢消息傳送到時(shí)間區(qū)域GEAR路由用實(shí)際代價(jià)和估計(jì)代價(jià)表示路徑代價(jià)。其中假設(shè)節(jié)點(diǎn)N發(fā)送查詢消息P,目標(biāo)區(qū)域?yàn)镽,并且R的中心為D,我們定義節(jié)點(diǎn)N到區(qū)域R的實(shí)際代價(jià)稱之為h(N

7、,R)o如果節(jié)點(diǎn)N的路由列表中沒有他的鄰居節(jié)點(diǎn)Ni的實(shí)際代價(jià)h,R),那么就用節(jié)點(diǎn)Ni的估計(jì)代價(jià)來當(dāng)作一個(gè)缺省值。估計(jì)代價(jià)的公式為：C(N,R)=ad(N,R)+(1-a)e(N)其中，a為可調(diào)權(quán)值，d(N,R)為某節(jié)點(diǎn)N到目標(biāo)區(qū)域中心的距離，e(N)是該節(jié)點(diǎn)剩余的能量。從匯聚節(jié)點(diǎn)開始的路徑建立過程采用貪婪算法。即，節(jié)點(diǎn)N的鄰居節(jié)點(diǎn)事先都知道自己的估計(jì)代價(jià)是多少，通過Hello消息，節(jié)點(diǎn)N可以知道他的所有鄰居節(jié)點(diǎn)的估計(jì)代價(jià),那么N就選擇一個(gè)到達(dá)目的區(qū)域代價(jià)最小節(jié)點(diǎn)作為下一跳。并且更新目前的路由代價(jià)，更新方式為：初始的N

8、到R的估計(jì)代價(jià)為：C(N,R)=ad(N,R)+(1-a)e(N)當(dāng)N選擇Ni為下一跳節(jié)點(diǎn)時(shí)，N到R的實(shí)際代價(jià)更新：H(N,R)=h(N,Ni)+c(Ni,R)逐漸的隨著每次貪婪轉(zhuǎn)發(fā)就更新價(jià)值，那么在目標(biāo)區(qū)域時(shí)，就已經(jīng)獲得了完整的實(shí)際代價(jià)值。在轉(zhuǎn)發(fā)的路途中，可能會(huì)出現(xiàn)一下兩種情況：1.每次轉(zhuǎn)發(fā)都可以找到距離目標(biāo)區(qū)域代價(jià)最小的節(jié)點(diǎn)；