基于层次拓扑结构的无线传感器网络多路径路由算法的研究与实现

随着“普适计算”技术模式的出现,无线传感器网络作为一种新型的数据采集技术手段,在未来具有无限光明的应用前景。目前,传感器网络许多相关技术内容仍然处于探索阶段,比如:数据传输可靠性和安全性、网络协议设计、能源管理等问题。只有有效解决所面临的这些技术问题,传感器网络才能有机会真正应用到军事、医疗、商业、教育、环境等领域,发挥潜在的巨大价值,才能真正转化为生产力。因此,对其研究是大有裨益的。本文从解决无线传感器网络多路径数据可靠传输的角度进行探讨,作了一些有益的尝试,主要工作体现在以下四个方面: 第一,论述了传感器网络区别于传统有线网络和其它无线网络的一些特点,分析了一些传感器网络路由算法设计的影响因素。对现有的一些传感器网络路由算法和数据可靠传输方法进行分类的基础上,综述了它们的优缺点及其性能问题,为设计性能更好的路由算法奠定基础。 第二,为了延长传感器网络生存时间,提高能量使用效率,建立了传感器网络的层次拓扑结构。在选举簇首节点建立层次拓扑结构时,同时考虑了节点ID编号值和节点的剩余能量因素,选择剩余能量值较高的节点作为本轮的簇首,从而提高了能量使用效率,也有效的延长了网络生存时间。 第三,从多路径路由算法能够较好地提高传感器网络中数据传输的可靠性的角度考虑,在借鉴AODV路由算法思想的基础上,提出了一种基于层次型拓扑结构的多路径路由算法。该算法通过在数据源节点和汇聚节点之间建立多条节点不相关的路径,排除了路径之间的相关性,提高了路径的可靠性和数据传输的可靠性。将路径建立在层次拓扑结构之上,均衡了网络的能量消耗,满足无线传感器网络能量有效性的要求,延长网络的生存时间。 第四,在仿真平台TOSSIM中仿真了本文提出的基于层次拓扑结构的多路径路由算法。设计了层次拓扑结构生成、路径建立等相关功能模块,从能量有效性和传输可靠性两个角度,网络生存时间、汇聚节点接收数据分组数量和路由算法开销三个方面对本文提出的方法与现有的多路径路由算法进行了比较,验证了本文提出的可靠多路径路由算法的有效性和可靠性。