引用本文:

王春丽,王全宇,王敏翔,等:光纤无线传感网的节能路由分析[J]. 光通信技术,2018,42(5):29-32.

光纤无线传感网的节能路由算法分析

王春丽1,2*,王全宇1,王敏翔1,韩根亮3,鲁怀伟4

(1.兰州交通大学 电子与信息工程学院,兰州730070;2.甘肃省集成电路工程研究中心,兰州 730070; 3.甘肃省传感器与传感技术重点实验室,兰州 730070;4.兰州交通大学 数学与物理学院,兰州730070)

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摘要:分布式铁路光纤传感网受光器件、光纤连接损耗及封闭式传输架构限制,检测点数少,不易于与其它网络融合。而基于物联网技术的光纤无线传感网络可实现大规模、可扩充的现代分布式铁路光纤无线传感网络。为降低光纤无线传感网中传感器节点能耗,研究了传统的低功耗自适应分簇(Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy, LEACH)路由算法,针对该算法引起的"能量空洞"与"网络热点"问题,基于二重异构网络,进行了路由算法的改进研究。实验结果表明,改进的路由算法能显著降低传感器节点能耗,延长其使用寿命。

关键词:光纤无线传感网;节点能耗;能量空洞;路由算法

中图分类号:TN929.11 文献标志码:文章编号:1002-5561(2018)05-0029-04

DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2018.05.008

0 引言
     分布式铁路光纤传感网受到光源带宽与能量、光纤连接损耗等因素制约,可监测点最多只有几十个,传感器之间以光纤相连,信息只能通过光纤传输,无法与其它网络进行高效的信息交换。而铁路物联网提出的传感网络兼容、功能易于扩充及数据便于融合的要求,仅依靠光纤自有的复用技术,难以组建大规模、分布式和可扩充的传感网络。近年来,科研人员在现有光纤传感网中融合了无线传感技术,对铁路沿线特殊环境中列车运行、基础设施状态实时监测和预警展开了研究。2009年,陈艳华研究了用于高速铁路测速、定位的传感器系统,证明多种传感器融合的方法适用于铁路定位[1]。2013年,南宁铁路局应用无线传感网络技术对铁路通信塔进行监控研究[2]。研究表明,铁路光纤无线传感网具有良好的自组织与可扩展性、适应性强、易于灵活部署、低成本和智能化等特征,顺应了时代与行业发展的需求。
     本文将光纤光栅传感技术、波长解调技术和无线通信技术相结合进行组网设计,利用光纤与无线传感器协作完成数据检测、分析、传输和决策等功能。通过改进网络传输路由算法降低传感器节点能耗,延长节点使用周期,提高数据传输可靠性,保障铁路安全运行。

5 结束语
     分布式铁路光纤无线传感网可实现特殊环境下有线与无线传输的有效互补。由于无线节点设备所处环境复杂,仅能通过电池供电,为确保该传感网络的使用周期及数据的无中断高效传输,本文通过对比分析、优化选取无线路由算法,重点研究了无线节点节能方法。仿真实验表明,无线传感网络中采用传统路由算法进行节点能量轮循询过程中,整个网络自组织形成一个个簇,每个簇采用等概方式选出各自簇头,簇头汇聚本区域各节点数据,并对这些数据进行融合处理、转发,因此簇头能耗远远大于普通节点,且自举的低能量簇头存活周期短,易导致数据传输中断,降低传感网络可靠性、缩短其使用寿命;而采用改进的基于异构网络的路由算法中,先将网络中的节点设备根据其初始能量的大小分为高能量和低能量节点,采用不等概方式,选用高能量节点充当簇头,避免簇头节点的过早死亡,每次轮询后重新组建簇结构,重新选举高能量节点为簇头,不仅动态均衡了整个网络的能量消耗,而且延长了网络使用寿命,提高了数据传输有效性和可靠性。该算法可应用于大跨度组网的铁路光纤无线传感网中的低能耗路由选取,用以延长无线传感节点使用寿命,降低网络的运行维护成本,提高网络传输质量。