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无线传感器网络(wireless sensor network,简称WSN)是计算机科学一个重要的研究领域。由于无线传感器网络布散节点数量庞大、监测区域环境限制及节点自身构造等因素,布散后节点能源不可能再补充,如何最大限度降低能耗以延长网络生命周期成为传感器网络的关键问题。而基于簇的路由协议由于在拓扑管理、降低能耗和数据融合等方面有较强优势,被作为一种单独的协议广泛的研究。
本文对无线传感器网络的研究现状进行了阐述,对无线传感器网络路由协议相关的研究工作进行了概括。在基于簇的路由协议的研究领域做了下列工作:
第一,论述了无线传感器网络的一些特点,对现有的路由算法,包括平面路由算法和簇类路由算法进行了分析。
第二,选择典型的基于簇的路由协议-HEED协议作为研究对象,对其进行仿真验证和分析,为设计新的簇类路由算法奠定基础。
第三,针对HEED协议的簇头在一次轮转周期中负载过重的问题,提出了一种用于无线传感器网络的簇内层次融合路由协议ICHARP(Intra-Cluster Hierarchical Aggregating Routing Protocol)。仿真结果表明,ICHARP对数据进行有层次融合,冗余数据被尽可能减少,使网络负载更加平衡,较HEED最高可延长网络生存周期达20%。
第四,针对传统路由协议评价指标存在的不足,引入两个新的评价指标——网络覆盖率和网络可用周期,用于更好的刻画一个路由协议的优劣。同时,以新的评价指标为导向,提出了一种用于无线传感器网络的簇补丁层次路由协议CPHRP(Cluster Patch Hierarchical Routing Protocol),并用改进后的评价指标论证其性能的优越性。仿真结果表明,CPHRP在各项指标上都取得较突出的进步。