基于网格划分的无线传感器网络节点冗余分析.pdf

《基于网格划分的无线传感器网络节点冗余分析.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、东北石油大学学报第37卷第3期2013年6月J()URNALOFNORTHEASTPETROLEUMUNIVERSITYVoL37No．3Jun．2013基于网格划分的无线传感器网络节点冗余分析黄守志。～，赵学增，BilenSG。，张中华(1．哈尔滨工业大学机电工程学院，黑龙江哈尔滨150001；2．中国石油勘探开发研究院，北京l00083；3PennsylvaniaStateUniversity，USA16802；4．北京低碳清洁能源研究所，北京102209)摘要：在无线传感器网络中，节点的大量随机部署导致冗余节点的存在，寻找冗余节点并使它定时休眠，可以减少网络冗

2、余数据和信道拥塞、降低节点能耗，从而延长网络的生命周期．现有的CCP算法、圆周覆盖算法在去除冗余节点后网络产生覆盖盲区；基于Voronoi图的算法计算量大且只能用于同构网络；节点时间表制定算法在判定过程中只考虑部分邻居节点，不能完全消除冗余节点．提出基于网格划分的冗余节点判定方法，并且将网格算法与EECRS协议结合，建立基于冗余节点消除的路由协议．仿真分析结果表明，网格算法冗余节点判定的准确性优于圆周覆盖算法和CCP算法的；网络生命周期比圆周覆盖算法的延长22．2，比CCP算法的延长30．5，该路由协议能够有效延长网络生命周期．关键词：无线传感器网络；冗余节点；路由

3、协议；网络生命周期；网格划分中图分类号：TN919．2文献标识码：A文章编号：2095—4107(2013)03—0112—060引言近年来，随着基于IEEES02．15．4标准协议的ZigBee技术的快速发展，带动短距离、低功耗无线通信技术在各领域的广泛应用l_1]．ZigBee技术能够增加无线传感器网络的通信能力．无线传感器网络是由大量的传感器节点以无线自组(Adhoc)E33的方式而构成的无线数据网络．传感器节点是一种用于感知多种环境信息的微传感器系统，具有微型、低成本、低功率的特点；基本结构包括控制模块(微处理器、A／D转换器、存储器等)、通信模块(信号发射

4、和接收器、信号处理电路)、各种传感器、电源(电池和电源管理电路)[4]．控制模块是传感器节点的核心，负责数据的处理和存储及各部分工作的协调．通信模块负责节点间的数据传输．电源提供传感器节点正常工作所需的能量．传感器节点一般由电池供电，而电池的容量是有限的．无线传感器网络经常应用于一些恶劣环境，不便于为传感器节点更换电池．当传感器节点的电池能量耗尽而节点停止工作时，网络拓扑发生改变，数据采集的有效性将受到影响．因此，延长网络生命周期是无线传感器网络研究中的重要问题．目前，针对延长网络生命周期人们提出多种方法，常见的方法包括数据融合编码¨7]、通过路由协议平衡网络能耗l

5、1和消除网络冗余数据_】等．在实际应用时，尤其是环境监控中，为了保证监控区域被完全覆盖甚至多重覆盖，传感器节点通常是大量且随机部署在监测区域内的，从而产生很多冗余节点．寻找这些冗余节点并让它们定时休眠，可以减少网络冗余数据和信道拥塞、降低节点能耗，从而延长网络的生命周期．1节点冗余研究现状XingGI等研究覆盖和连接问题之间的关系，提出一种覆盖配置协议CCP(CoverageConfigurationProtoco1)l】．在CCP协议中，每个传感器节点首先确定邻居节点的位置和感知半径；然后在感知范围内寻找邻居节点的感知半径的交点．如果这些交点被其他邻居节点覆盖，并

6、且覆盖率满足既定的网络要求，则认为该节点是冗余的，可以让它休眠．节点休眠产生的盲区见图1，其中点P是节点4的邻居节点1、2的感知半径的交点，点P被节点3所覆盖，根据CCP协议的判别法可以认为节点4是冗余节点．当节点4收稿日期：20l3—05—14；编辑：任志平基金项目：美国宾夕法尼亚州立大学访问学者科研项目(N0006583709)作者简介：黄守志(1985)，男，博士研究生，主要从事无线传感网络方面的研究·l12·第3期黄守志等：基于网格划分的无线传感器网络节点冗余分析休眠而产生盲区B时，根据CCP协议的判别法将产生误判．同时，CCP协议的计算复杂度很高．图1节点

7、4休眠产生的盲区BFig．1BlindareaBwhennode4turnedtosleepHuangCF等提出圆周覆盖(PerimeterCoverage)[143的概念，将节点全部感知区域的覆盖近似等效为该节点感知范围的圆周覆盖．如果传感器节点S感知范围的圆周被其他节点N重完全覆盖，则认为节点S被N重覆盖．这种算法考虑不同感知半径的传感器节点，并且可以扩展到三维网络应用环境中．当节点S的感知范围圆周被完全覆盖时，节点S感知区域的内部并没有被覆盖，去除该节点将造成网络覆盖的盲区．结合计算几何学和图形理论，特别是Voronoi图和图形搜索算法，MegerianS