一种基于位置和分簇的无线传感器网络实时路由协议

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1、一种基于位置和分簇的无线传感器网络实时路由协议摘要：针对信息-物理融合系统等无线传感器网络应用中对服务质量的要求，尤其是在实时、能耗等方面，提出了一种基于地理位置信息和分簇技术相结合的实时路由协议。该协议利用节点位置信息确定簇的大小并实现网络的均匀划分，采用基于锚节点、质心和剩余能量相结合的混合簇头选举方法实现能量均衡，同时，在簇间数据包转发中采用动态路由机制，调整包的端到端的传输速率，以满足实时性要求。仿真结果表明该协议不仅能够有效地平衡网络能耗，延长网络的生命周期，而且具有较好的实时性。关键词：位置；分簇；无线传感器网络

2、；实时路由中图分类号:TP393文献标识码:A文章编号:AReal-timeRoutingProtocolBasedonLocationandClusterforWirelessSensorNetworksAbstract:TomeettheQoSrequirementsintheapplicationsofWirelesssensornetworks,especiallyinreal-timeandenergy,areal-timeroutingprotocolisproposed,inwhichlocalizationa

3、ndclusteringisintegrated.Theclusterisdeterminedbyusinglocationinformationofnodes.Clusterheadiselectedbyutilizingahybridmethodbasedontheanchornodes,barycenterandresidualenergy,soastobalancetheenergyconsumptionoverallthenetwork.Inaddition,adynamicroutingmechanismisap

4、pliedtodynamicallyadjustthetransmissionrateofdatapackets,inordertomeetthereal-timeQoS.Simulationresultsshowthattheproposedprotocolcannotonlyeffectivelybalancetheenergyconsumptiontoextendthenetworklifetimebutalsolowerthedelaytomeetsomereal-timerequirements.Keywords:

5、Location;clustering;wirelesssensornetworks;real-timerouting1引言随着通信技术、嵌入式计算技术和传感器技术的飞速发展和日益成熟，人们研制出了各种具有感知能力、计算能力和通信能力的微型传感器。由许多微型传感器构成的无线传感器网络(WirelessSensorNetworks，WSNs)引起了人们的极大关注。WSNs可以使人们在任何时间、地点和任何环境条件下获取大量详实可靠的物理世界的信息，并可以被广泛应用于国防军事、国家安全、环境监测、交通管理、医疗卫生、制造业、反恐抗

6、灾等领域[1]。WSNs是一种由大量的无线传感器节点组成的资源受限的自组织网络，特别是能量有限，很多应用无法提供有线电源，不能更换电池，也不能充电，只能安装电池，要求部署后能正常工作几个月甚至上年的时间，因此必须采取有效措施，控制WSNs的能量消耗，以保证整个网络的连通性。WSNs又是一种以数据为中心的网络，收集到的数据必须在限定的时间传给目的地，否则数据就会失去作用，甚至发生严重后果，因此实时通信在许多WSNs应用中非常必要，比如在消防应用中，如果采集到的火灾信息不能实时传递，会带来重大的生命及财产损失。以WSNs为基础的

7、信息-物理融合系统[2]对实时性具有更高的要求，同样需要实时通信能力。WSNs中能量消耗及实时通信是本文研究的重点内容。2相关研究在无线传感器网络中，分簇算法对于网络来说显得尤为重要，根据不同的分类标准，分簇算法可以有多种分类方法[3]。例如，以簇形成是否存在集中控制，可划分为集中式/分布式算法；以是否需要预先获得GPS信息，可划分为基于地理位置/不基于地理信息的算法；以每次分簇是否存在一个确定的结果，可划分为确定性/随机性算法，还有单层/多层算法、簇内单跳/多跳算法，等等。各种分类方法之间可能互相重叠，即一个特定的分簇算法

8、可以同时具有不同方面的分类特性。地理路由算法是无线传感器网络中一个重要的路由算法。地理路由算法分为三类：基于平面化的地理路由算法、基于特征节点的地理路由算法和基于拓扑特征的地理路由算法[4]。这三类算法使用的方法各不相同，而且在具体性能上有不同的侧重点。基于平面化的地理位置路由主要工作放在