基于地理位置信息的集群结构无线传感器网络路由协议的研究

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1、摘要摘要无线传感器网络(WSN)集成了传感器、嵌入式计算、现代网络和无线通信等技术，被认为是对2l世纪产生巨大影响力的技术之一。无线传感器网络中节点的能量非常有限，因此如何有效利用无线传感器网络有限的能量资源、设计能量高效的路由协议来平衡能量负载及延长网络的生存时间十分必要。对于应用于农田土壤监测系统之类的大规模无线传感器网络，集群结构类的路由协议更能节省无线传感器网络的能量损耗。在集群结构协议中，簇的生成及把特定工作分配到簇首，极大地提高了整个系统的可扩展性和延长了网络寿命。本文对当前常用的集群结构路由

2、算法进行归纳，整理这些算法的优缺点；对路由算法的应用主体——农田土壤监测系统的各个组成部分进行详细设计；并针对该监控系统节点的数据需有地理位置相关性及节点数量众多的特点，提出将基于地理位置信息的路由算法及集群结构的路由算法进行结合，利用地理位置信息进行成簇及簇首选择的思想。本文还设计了两种基于节点地理位置信息的集群结构路由算法——GBHP及GBHP—B。GBHP算法首先利用节点的地理位置信息一次性分布式成簇，然后根据分布式区域内节点的剩余能量及地理位置进行簇首选择，由簇首负责收集本簇内的传感信息并进行数据

3、融合，此外还设立了次簇首负责簇间的数据转发，把数据发送到汇聚节点(Sink)。GBHP．B算法针对多跳路由中出现的“热区"问题提出与GBHP算法不同的分簇方式，使簇间能量损耗更均衡。理论分析及NS2仿真结果表明这两种算法能有效地节约节点能量、延长网络寿命，并减小了通信时延，具有较好的路由性能；该算法也有效地应用于农田土壤监测系统中。关键词：无线传感器网络；路由；集群结构；地理位置信息；能量；农田土壤ABSTRACTWirelesssensornetworks(WSN)integratesthetechno

4、logyofsensor,embed，modemnetworksandwirelesscommunication，it'sconsideredasoneofthetechnologythatbringgreatinfectionto21stcentury．NodesinWSNhaveveryfewenergy,thusthattousethelimitedenergyeffectively,designingaenergy．effectiveroutingtobalancetheloadandtoprol

5、ongthenetworkslifetimeisverynecessary．Toalarge。scaleWSNsuchasfarmlandsoilmonitoringsystem，clusteringroutingprotocolCansavetheenergymore．Intheclusteringroutingprotocol，clusteringandassigningspecificallyworkstoclusterhead，canenhancetheexpansibility’ofnetwor

6、ksandprolongthelifetimeofnetworks．Thispaperconcludestherepresentativeclusteringroutingprotocols，analysesexcellencesanddisadvantagesoftheseprotocols，presentstheideaofusingthegeographiclocationtoclusteringandtochoosingtheclusterhead．Thispaperalsodesignstwog

7、eographiclocationbasedclusteringroutingprotocols，GBHPandGBHP．B．GBHPusesthegeographiclocationinformationtoclusterone．off,andchoosetheclusterheadbaSedonnodesresidualenergyandlocationinformation．Clusterheadtakeschangeongatherthesensordatafromnodesofthecluste

8、randfusethem，andsetuphypo．clusterheadtakeschangeontransmissionamongclusters；sendthefuseddatatosinkfinally．GBHP．Baimsatsettlingthe“hotspot'’problem，usesanotherclusteringwaydifferencefromGBHP,andmakestheequalizationof