基于查詢的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的研究.pdf

1、無線傳感器網(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處理能力不斷強大,進而推動了無線傳感器網(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、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、空間探測等領(lǐng)域。作為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的核心技術(shù)之一的無線路由技術(shù),已經(jīng)成為通信領(lǐng)域以及計算機領(lǐng)域的一個研究熱點。
　　 WSN由大量傳感器節(jié)點構(gòu)成,節(jié)點間通過

2、相互協(xié)同工作來完成感知、采集和傳輸探測區(qū)域內(nèi)的環(huán)境監(jiān)測信息或其他探測目標(biāo)的信息。無線路由技術(shù)對WSN的性能表現(xiàn)有著十分重要的影響,并且由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)存在著能量受限、基于局部拓撲、拓撲變化頻繁、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)計更加復(fù)雜和困難,這向設(shè)計者提出了挑戰(zhàn)。
　　 本文深入研究了基于查詢的WSN路由協(xié)議,包括典型的定向擴散路由協(xié)議、謠傳路由協(xié)議以及應(yīng)用在6LoWPAN中的樹狀路由協(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)用場景中的性能。定向擴散路由協(xié)議在梯度場的建立過程中開銷很大,在查詢?nèi)蝿?wù)變化頻繁的應(yīng)用中,會因此消耗大量能源。謠傳路由協(xié)議由于選擇路徑的隨機性導(dǎo)致了報文基本不會沿著最優(yōu)路徑進行轉(zhuǎn)發(fā),甚至?xí)鹇酚森h(huán)的出現(xiàn),這個問題不但增大了網(wǎng)絡(luò)資源的消耗,而且引入了更多的延遲時間,這在對實時性要求較高的應(yīng)用中,影響了網(wǎng)絡(luò)的性能。相比之下,樹狀路由協(xié)議的路由開銷較低、延遲時間較短,但是由于路由過程缺乏靈活性,不能及

4、時調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)負載,導(dǎo)致關(guān)鍵節(jié)點的消耗過快,進而影響了網(wǎng)絡(luò)完整性和網(wǎng)絡(luò)壽命。
　　 針對上述情況,本文提出了匯聚節(jié)點路由表(Sink Routing Table,SRT)協(xié)議。SRT協(xié)議的運行過程包括網(wǎng)絡(luò)啟動階段和數(shù)據(jù)傳輸階段。在網(wǎng)絡(luò)啟動階段,傳感器節(jié)點通過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)點都完成這個學(xué)習(xí)階段時,整個網(wǎng)絡(luò)的跳數(shù)場就形成了；傳感器節(jié)點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、點作為最優(yōu)轉(zhuǎn)發(fā)鄰居,并向Sink報告它的最優(yōu)轉(zhuǎn)友鄰居信思,Sink將每個節(jié)點的最優(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)場為從內(nèi)部節(jié)點發(fā)送到Sink的報文提供路由,用Sink路由表為從Sink發(fā)送到內(nèi)部節(jié)點的報文提供路由。SRT協(xié)議在節(jié)點的最優(yōu)轉(zhuǎn)發(fā)鄰居選擇過程中引入了能量感知機制,以達到調(diào)節(jié)剩余能量較少的節(jié)點上的負載,延長關(guān)鍵位置節(jié)點壽命的目的,進而保持了網(wǎng)絡(luò)完整性并延長了網(wǎng)絡(luò)

6、壽命。
　　 為了進一步驗證SRT協(xié)議的性能,本文在網(wǎng)絡(luò)模擬平臺NS2中對SRT協(xié)議進行了仿真實驗。通過多種場景的仿真測試并將實驗結(jié)果與樹狀路由協(xié)議進行比較,證明了SRT協(xié)議在節(jié)點規(guī)則分布的WSN中,能夠明顯延長網(wǎng)絡(luò)的壽命。在節(jié)點隨機分布的場景中,SRT協(xié)議的路由效率較高,并且明顯延長了網(wǎng)絡(luò)壽命；在節(jié)點密度較大時,SRT協(xié)議充分利用了因節(jié)點分布稠密而產(chǎn)生的冗余路徑,選擇能量較為充裕的節(jié)點作為中繼節(jié)點,雖然因此而增加了路由開銷,但