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基于博弈理论的无线传感器网络分布式节能路由算法

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资料介绍

摘 要:为了有效解决无线传感器网络路由节能问题,该文提出适合无线传感器网络的节能路由算法。在引入博弈

理论概念建立网络模型的基础上,通过对于以往传感器网络簇首选择方法的研究,设计了一种基于博弈论的,兼顾

节点剩余能量及簇首分布的节能路由DEER(Distributed Energy-Economical Routing),大大节省了分布式决策网

络协议的能量损耗。仿真证明了该方法在无线传感器网络中,能够有效地平衡网络负载,节省节点能量,延长网络

寿命。


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30 5 期  
2008 5 月  
电 子 与 信 息 学 报  
Vol.30No.5  
May 2008  
Journal of Electronics & Information Technology  
基于博弈理论的无线传感器网络分布式节能路由算法  
(北京邮电大学通信工程学院 北京 100876)  
为了有效解决无线传感器网络路由节能问题文提出适合无线传感器网络的节能路由算法引入博弈  
理论概念建立网络模型的基础上过对于以往传感器网络簇首选择方法的研究计了一种基于博弈论的顾  
节点剩余能量及簇首分布的节能路DEER(Distributed Energy-Economical Routing),大大节省了分布式决策网  
络协议的能量损耗仿真证明了该方法在无线传感器网络中够有效地平衡网络负载省节点能量长网络  
寿命。  
关键词:无线传感器网络;路由;博弈论;节能  
中图分类号TP393  
文献标识码A  
文章编号1009-5896(2008)05-1230-04  
Distributed Energy-Economical Routing Algorithm Based on  
Game-Theory for WSN  
Yang Ning  
Tian Hui  
Huang Ping  
Zhang Ping  
(School of Telecommunications, Beijing University of Posts and Telecommunications, Beijing 100876, China)  
Abstract: In order to efficiently solve the energy problem of routing, the game-theory is borrowed and an energy  
efficient routing algorithm is proposed. Based on the research of game model and other routing schemes for wireless  
sensor networks, the Distributed Energy-Economical Routing (DEER) is designed to save the energy of the whole  
network through paying attention to both remained energy and the distribution of head nodes. The simulation  
results prove that this scheme can effectively balance the load and prolong the life of the wireless sensor networks.  
Key words: Wireless Sensor Networks (WSN); Routing; Game-theory; Energy-economical  
本文引入博弈理论思想计了一种分布式节能路由协  
1
引言  
议。尽管针对基于博弈论的路由协议已经有了一定的研究,  
然而大部分路由协议都如文献[34]中,针对平面型网络而  
设计;针对无线传感器网络分层型路由的研究中,文献[5]  
设计了一种动态、能量有效的层次分簇算法,然而算法仅考  
虑了节点能量,并没有同时考虑节点在网络中的分布,具有  
一定的局限性文献[6]设计了一种综合考虑节点能量与节  
点分布的路由协议,然而该算法需要 GPS 的辅助,大大增  
加了无线传感器网络的成本。  
随着移动通信技术入式计算技术和感应技术的飞速  
发展着多种应用场景的无线传感器网络(Wireless Sensor  
NetworkWSN) 越来越受到人们的关注。但是由于无线传  
感器网络是自组织无源网络法在布设后对节点能量进行  
补充,因此其性能很大程度上受限于节点初始能量。如何通  
过合理的路由策略,在保证数据传输的前提下,延长网络寿  
命是无线传感器网络亟待解决的问题。  
无线路由策略大致分为平面路由算法与分层路由算法  
两类。其中分层路由算法具有能耗小、选路机制简单、扩展  
方便等有利因素而使数据能够得到更加高效快捷可靠地  
传输,适合无线传感器网络应用。而在现有分层无线传感器  
网络路由协议中,对于网络能量效率的改善方法各不相同。  
文献[1]中利用一定簇首选择概率进行簇首选择控制是这  
种簇首选择方法需要预先确定簇首选择概率并且假设节点  
传输范围任意变化;文献[2]则引入了定位功能,使每一个节  
点基于节点位置信息形成簇的结构,从而建立高效路由。然  
而这些方法由于簇首分布不合理或者节点复杂度等原因并  
非解决无线传感器网络能量问题的理想方案。  
本文中所提出的分布式节能路由算法 DEER  
(Distributed and Energy-Economical Routing)在无需任何  
定位装置或定位算法的前提条件下合考虑节点剩余能量  
以及节点在网络中的分布,选出具有较高能量,且簇内传输  
损耗较小的节点作为簇首而延长了传感器网络的使用寿  
命。  
2
网络结构描述  
本文所提出DEER 路由算法采用分层网络拓扑结构,  
整个算法由簇首选择阶段与数据传输阶段两部分组成簇  
首选择阶段,所有节点通过设定机制选择簇首,当所有节点  
都有归属簇后,开始进行数据传输;为了平衡负载,使节点  
能量消耗分布平均,在一定时间后重复初始的簇首选择过  
2006-11-09 收到,2007-03-21 改回  
中兴通讯有限公司资助课题  

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