基于鄰居數量的自適應三維地理路由策略

【摘要】在無線傳感器網絡中，由于傳感節點自身攜帶的能量有限，以及部署規模大和所處應用環境的復雜性，致使節點一旦部署就難以補充能量或更換電池。因此，諸多節能傳輸策略的研究一直是該網絡面臨的重要挑戰之一。本文結合無線網絡能耗模型和鄰居節點數量，提出了一種自適應的三維地理路由機制。

【關鍵詞】無線傳感網絡地理路由

無線傳感器網絡（Wireless Sensor Networks，WSNs）是由部署在開放區域內的大量廉價微小型傳感器節點組成的一種無線多跳自組織網絡。然而，由于傳感器網絡部署規模較大，所處的環境復雜多變，致使這些傳感節點一旦部署就難以維護（比如：更換電源）。因此，節能策略和節能傳輸機制的研究一直是該網絡面臨的重要挑戰之一。為了節約有限的節點能量，設計一種擁塞度相對較低而且能耗較為均衡的自適應路由機制是至關重要的。

在國內外研究人員的積極努力下，針對無線傳感器網絡節點能量有限的問題，提出了許多能量高效的路由協議，其中地理路由協議由于簡單和良好的擴展性備受關注[1]。地理路由協議，以地理信息為基礎來有效地進行路由選擇，在路由建立的過程中，某一節點不需要知道整個網絡中的所有節點的地理位置信息，只知道其鄰居節點以及目標節點的地理位置信息的；通過計算其諸多鄰居節點和目標節點的距離來選擇下一跳節點；這樣就將路由選擇的范圍只限定在鄰居節點范圍，從而大大降低了網絡流量，節約電池電量[2]。其中，典型的地理位置路由協議為無狀態的貪婪周邊路由協議GPSR[3]。本文將結合無線網絡能耗模型和鄰居節點數量，基于GPSR路由協議提出了一種自適應的三維地理路由機制。

一、能耗模型

為了研究無線傳感器網絡，Heinzelman提出First Order射頻模型[6]。發射機和接收機工作時的電路損耗為Eelec=50nJ/bit，發射機發射放大器損耗為著amp=100pJ/bit/m2。對于發射機來說，發送kbit信息，傳輸距離為d，消耗能量為：Es（k，d）=Eelec（k）+Eamp（k，d），則有：Es（k，d）=Eelec*k+著amp*k*d2；對于接收機，接收kbit信息，消耗能量為：ER（k，d）=Eelec（k）=Eelec*k。對于傳感器節點來說，發送和接收的能耗都和數據包的大小有關，降低數據包發送的頻率，減小數據包的長度可以有效的降低單個節點的能耗。

二、基于鄰居數量的自適應三維地理路由策略

Step5：當N（i）=○，數據包無法轉發的情況，即橢球區域內沒有可供轉發信息的節點，路由黑洞是其中一個特例。以本節點為源節點，目標節點不變，重新確定次極小橢球區域，這一步稱為橢球重構。

Step6： Goto Step2。

三、結論

本文針對傳感器節點能量的有限性，綜合考慮了能量與通信量平衡的策略，并結合鄰居節點數量和次極小橢球機制，提出了一種基于鄰居數量的自適應三維地理路由選擇方法。該方法對于研究更加高效的無線傳感器網絡節能機制和路由策略，延長網絡生命周期，具有重要的現實意義。

參考文獻

[1]楊冕，秦前清.基于無線傳感器網絡的路由協議[J].計算機工程與應用，2004，32（3）：130-131.

[2]張衡陽，李瑩瑩，劉云輝.基于地理位置的無線傳感器網絡路由協議研究進展倡[J].計算機應用研究，2008，25（1）.

[3] Karp B， Kung H T. GPSR： Greedy Perimeter Stateless Routing for wireless networks[C]. In： MOBICOM 2000， 2000. 243-254.

[6] Heinzelman W R， Chandrakasan A， Balakrishnan H. Energy-efficient communication protocol for wireless microsensor networks[C]. In： 33rd Annual Hawaii International Conference on System Sciences， 2000. 10-12.

[7]陳衡，錢德沛，伍衛國，等.傳感器網絡基于鄰居信息量化的能量平衡路由[J].西安交通大學學報，2012，46（4）：1-6.

[9] Kuhn F，Wattenhofer R，Zollinger A. Worst-Case optimal and average-case efficient geometric ad-hoc routing [C]. In： MobiHoc ’03. New York， NY， USA： ACM， 2003. 267-278.