基于查詢(xún)的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的研究.pdf

1、無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless sensor networks,WSN)技術(shù)的飛速發(fā)展和日趨成熟,使得其能夠提供的信息采集功能和查詢(xún)處理能力不斷強(qiáng)大,進(jìn)而推動(dòng)了無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)在諸多領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用,比如:軍事偵察、環(huán)境監(jiān)測(cè)、抵御災(zāi)害、醫(yī)療衛(wèi)生、交通管理、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、科學(xué)研究、空間探測(cè)等領(lǐng)域。作為無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的核心技術(shù)之一的無(wú)線(xiàn)路由技術(shù),已經(jīng)成為通信領(lǐng)域以及計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。
　　 WSN由大量傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成,節(jié)點(diǎn)間通過(guò)

2、相互協(xié)同工作來(lái)完成感知、采集和傳輸探測(cè)區(qū)域內(nèi)的環(huán)境監(jiān)測(cè)信息或其他探測(cè)目標(biāo)的信息。無(wú)線(xiàn)路由技術(shù)對(duì)WSN的性能表現(xiàn)有著十分重要的影響,并且由于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)存在著能量受限、基于局部拓?fù)?、拓?fù)渥兓l繁、以數(shù)據(jù)為中心、面向應(yīng)用等等許多特殊性,WSN路由協(xié)議的設(shè)計(jì)更加復(fù)雜和困難,這向設(shè)計(jì)者提出了挑戰(zhàn)。
　　 本文深入研究了基于查詢(xún)的WSN路由協(xié)議,包括典型的定向擴(kuò)散路由協(xié)議、謠傳路由協(xié)議以及應(yīng)用在6LoWPAN中的樹(shù)狀路由協(xié)議等。這些協(xié)議

3、存在著一些不足之處,限制了WSN在一些應(yīng)用場(chǎng)景中的性能。定向擴(kuò)散路由協(xié)議在梯度場(chǎng)的建立過(guò)程中開(kāi)銷(xiāo)很大,在查詢(xún)?nèi)蝿?wù)變化頻繁的應(yīng)用中,會(huì)因此消耗大量能源。謠傳路由協(xié)議由于選擇路徑的隨機(jī)性導(dǎo)致了報(bào)文基本不會(huì)沿著最優(yōu)路徑進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā),甚至?xí)鹇酚森h(huán)的出現(xiàn),這個(gè)問(wèn)題不但增大了網(wǎng)絡(luò)資源的消耗,而且引入了更多的延遲時(shí)間,這在對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高的應(yīng)用中,影響了網(wǎng)絡(luò)的性能。相比之下,樹(shù)狀路由協(xié)議的路由開(kāi)銷(xiāo)較低、延遲時(shí)間較短,但是由于路由過(guò)程缺乏靈活性,不能及

4、時(shí)調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載,導(dǎo)致關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的消耗過(guò)快,進(jìn)而影響了網(wǎng)絡(luò)完整性和網(wǎng)絡(luò)壽命。
　　 針對(duì)上述情況,本文提出了匯聚節(jié)點(diǎn)路由表(Sink Routing Table,SRT)協(xié)議。SRT協(xié)議的運(yùn)行過(guò)程包括網(wǎng)絡(luò)啟動(dòng)階段和數(shù)據(jù)傳輸階段。在網(wǎng)絡(luò)啟動(dòng)階段,傳感器節(jié)點(diǎn)通過(guò)鄰居間的消息交換學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)信息,并記錄它與Sink間的跳數(shù)距離,所有節(jié)點(diǎn)都完成這個(gè)學(xué)習(xí)階段時(shí),整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的跳數(shù)場(chǎng)就形成了；傳感器節(jié)點(diǎn)在它的鄰居表中選擇與Sink間跳數(shù)距離最小的鄰居節(jié)

5、點(diǎn)作為最優(yōu)轉(zhuǎn)發(fā)鄰居,并向Sink報(bào)告它的最優(yōu)轉(zhuǎn)友鄰居信思,Sink將每個(gè)節(jié)點(diǎn)的最優(yōu)轉(zhuǎn)發(fā)鄰居信息記錄在Sink路由表(Sink Routing Table)中。在數(shù)據(jù)傳輸階段,用跳數(shù)場(chǎng)為從內(nèi)部節(jié)點(diǎn)發(fā)送到Sink的報(bào)文提供路由,用Sink路由表為從Sink發(fā)送到內(nèi)部節(jié)點(diǎn)的報(bào)文提供路由。SRT協(xié)議在節(jié)點(diǎn)的最優(yōu)轉(zhuǎn)發(fā)鄰居選擇過(guò)程中引入了能量感知機(jī)制,以達(dá)到調(diào)節(jié)剩余能量較少的節(jié)點(diǎn)上的負(fù)載,延長(zhǎng)關(guān)鍵位置節(jié)點(diǎn)壽命的目的,進(jìn)而保持了網(wǎng)絡(luò)完整性并延長(zhǎng)了網(wǎng)絡(luò)

6、壽命。
　　 為了進(jìn)一步驗(yàn)證SRT協(xié)議的性能,本文在網(wǎng)絡(luò)模擬平臺(tái)NS2中對(duì)SRT協(xié)議進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)。通過(guò)多種場(chǎng)景的仿真測(cè)試并將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與樹(shù)狀路由協(xié)議進(jìn)行比較,證明了SRT協(xié)議在節(jié)點(diǎn)規(guī)則分布的WSN中,能夠明顯延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的壽命。在節(jié)點(diǎn)隨機(jī)分布的場(chǎng)景中,SRT協(xié)議的路由效率較高,并且明顯延長(zhǎng)了網(wǎng)絡(luò)壽命；在節(jié)點(diǎn)密度較大時(shí),SRT協(xié)議充分利用了因節(jié)點(diǎn)分布稠密而產(chǎn)生的冗余路徑,選擇能量較為充裕的節(jié)點(diǎn)作為中繼節(jié)點(diǎn),雖然因此而增加了路由開(kāi)銷(xiāo),但