無線傳感器網(wǎng)絡(luò)雙穴容錯路由的研究的中期報(bào)告

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)雙穴容錯路由的研究的中期報(bào)告本研究的目標(biāo)是設(shè)計(jì)一種能夠在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)雙穴容錯路由的算法。在傳感器網(wǎng)絡(luò)中，傳感器節(jié)點(diǎn)的能量是有限的，且網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)會隨著時(shí)間不斷變化，因此如何設(shè)計(jì)一種能夠在保證網(wǎng)絡(luò)傳輸質(zhì)量的同時(shí)，盡量減少能量消耗和路由維護(hù)的算法是十分重要的。目前我們已經(jīng)完成了前期的調(diào)研和研究，對于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)雙穴容錯路由的原理和相關(guān)算法進(jìn)行了分析和總結(jié)，并結(jié)合實(shí)際應(yīng)用場景提出了一種改進(jìn)的算法方案。接下來我們將對該算法在NS2模擬平臺中的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行詳細(xì)介紹。1.算法流程首先，我們將網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)定義為一個(gè)連通無向圖G（V,E），其中V表示節(jié)點(diǎn)集合，E表示邊的集合。為了實(shí)現(xiàn)雙穴容錯路由，我們要在拓?fù)鋱D中確定兩個(gè)不相交的路徑，稱為主路徑和備份路徑，以便在主路徑故障時(shí)可以臨時(shí)切換到備份路徑來保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。具體步驟如下：Step1：確定主路徑選擇節(jié)點(diǎn)集合中的一個(gè)起始點(diǎn)s和終止點(diǎn)t，采用最短路徑算法（如Dijkstra或Bellman-Ford）計(jì)算出s到t的最短路徑，從而確定主路徑。在計(jì)算主路徑時(shí)，我們還要為每個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)置一個(gè)度數(shù)，表示與該節(jié)點(diǎn)直接相鄰的節(jié)點(diǎn)數(shù)。Step2：確定備份路徑在確定備份路徑時(shí)，我們需滿足以下兩個(gè)條件：(a)備份路徑于主路徑不相交。(b)備份路徑的最小度數(shù)盡可能大。具體實(shí)現(xiàn)方法為：(i)根據(jù)主路徑確定備份路徑的起始點(diǎn)和終止點(diǎn)，分別為s'、t'。(ii)在節(jié)點(diǎn)集合中選擇一個(gè)度數(shù)最小的節(jié)點(diǎn)v，將v加入到備份路徑中。(iii)逐步向備份路徑中添加節(jié)點(diǎn)，直到找到t'或無可用節(jié)點(diǎn)。(iv)如果未能找到t'，則反轉(zhuǎn)主路徑，從t開始，在主路徑上尋找一個(gè)度數(shù)最小的節(jié)點(diǎn)v，并將v加入到備份路徑中，隨后繼續(xù)向備份路徑中添加節(jié)點(diǎn)，直到找到t'。Step3：節(jié)點(diǎn)路由針對每個(gè)節(jié)點(diǎn)i，計(jì)算它與主路徑和備份路徑的距離，從而確定i的路由。路由選擇規(guī)則如下：(a)如果i到主路徑的距離小于等于備份路徑，則選擇主路徑。(b)如果i到備份路徑的距離小于主路徑，則選擇備份路徑。(c)如果i到主路徑和備份路徑的距離都很遠(yuǎn)，則將i的路由選擇為它的父母節(jié)點(diǎn)。2.算法實(shí)現(xiàn)我們在NS2模擬平臺上實(shí)現(xiàn)了以上算法，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了其有效性。實(shí)驗(yàn)平臺：NS2實(shí)驗(yàn)拓?fù)洌翰捎秒S機(jī)生成的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)參數(shù)：節(jié)點(diǎn)數(shù)目N=100、發(fā)射功率P=0.015W、數(shù)據(jù)包大小=512bytes、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境隨機(jī)變化，要求數(shù)據(jù)傳輸成功率>=99%實(shí)驗(yàn)結(jié)果：將本算法與其他路由算法進(jìn)行比較（如LEACH、TEEN、PEGASIS等），得出本算法的性能表現(xiàn)最佳，且能有效地降低能量消耗和減少路由維護(hù)的負(fù)擔(dān)。3.總結(jié)和展望本研究基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)雙穴容錯路由的需求，提出了一種改進(jìn)的算法方案，并在NS2模擬平臺上實(shí)現(xiàn)了算法。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，該算法能夠有效地降低能量消耗和減少路由維護(hù)的負(fù)擔(dān)，提高網(wǎng)絡(luò)的傳輸質(zhì)量。未來的工作重點(diǎn)將放在以下幾個(gè)方面：(a)改進(jìn)算法