4、无线传感器网络路由算法详解

无线传感器网络路由算法详解

1. 路由基础与相关概念

在无线传感器网络中，路由算法至关重要。传统的传感器网络路由算法以数据为中心，鉴于传感器网络无人值守和无束缚的特性，数据中心路由必须具备协作性，同时要为单个传感器节约能源。

有一种新颖的以传感器为中心的网络路由范式被提出，它运用博弈论，让传感器协作以实现诸如路由可靠性和路径长度等网络全局目标，同时最小化个体成本。该模型还可用于定义网络中路由路径的质量（即路径弱点）。

能量守恒是开发无线传感器网络路由算法时的首要考虑因素，因为这类网络的传感器往往难以甚至无法补充能量。路由问题主要有单播、广播和多播三种形式，这些算法的总体目标是最大化网络的生命周期（即通信首次失败的最早时间）或容量（即网络在固定时间段内承载的数据流量）。

假设无线网络用一个有 $n$ 个顶点/节点和 $e$ 条边的加权有向图 $G$ 表示，图中每个节点代表无线网络中的一个节点，有向边 $(i, j)$ 的权重 $w(i, j)$ 是节点 $i$ 向节点 $j$ 传输单位消息所需的能量。在常见的功率衰减模型中，信号功率以 $a/r^d$ 的速率衰减（其中 $a$ 是与介质相关的常数，$r$ 是距信号源的距离，$d$ 是介于 2 到 4 之间的常数），此时 $w(i, j) = w(j, i) = c × r(i, j)^d$（$r(i, j)$ 是节点 $i$ 和 $j$ 之间的欧几里得距离，$c$ 是常数）。但在实际中，由于节点间的障碍物或介质传输特性的不对称性，$w(i, j)$ 与 $r(i, j)$ 的这种关系可能不成立。

2. 单播路由策略

单播是指从源传感器 $s$ 向目标传感器 $t$ 发送