面向室內(nèi)環(huán)境監(jiān)控的無(wú)線傳感器-執(zhí)行器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議.pdf

1、節(jié)能降耗以及舒適、便捷的生活和工作環(huán)境對(duì)室內(nèi)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)提出了新的要求，而利用無(wú)線傳感器/執(zhí)行器網(wǎng)絡(luò)（WSAN）監(jiān)控室內(nèi)環(huán)境無(wú)疑會(huì)帶來新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。以低成本、高密度、廣泛分布為特點(diǎn)的WSAN可以有效地監(jiān)控室內(nèi)環(huán)境中的能量消耗和提供多種相關(guān)決策信息，為科學(xué)決策和調(diào)度提供高度可信的依據(jù)。然而，到目前為止還沒有一種針對(duì)該室內(nèi)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)通信特性的路由協(xié)議，這正是本文的主要工作。 本文首先分析了而向室內(nèi)環(huán)境監(jiān)控的WSAN的特點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)由

2、不同類型的節(jié)點(diǎn)組成，即大量的傳感器節(jié)點(diǎn)和少量的執(zhí)行器及控制器節(jié)點(diǎn)（如燈光、空調(diào)等的調(diào)節(jié)器，各種遙控器等）。傳感器節(jié)點(diǎn)需要電池供電、計(jì)算能力有限；執(zhí)行器和控制器節(jié)點(diǎn)計(jì)算能力有所增強(qiáng)，且通常有外部電源供電沒有能耗約束；絕大部分節(jié)點(diǎn)是靜態(tài)的，且具有確定的地理位置，但也有少數(shù)的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)。此外，節(jié)點(diǎn)間的通信鏈路不穩(wěn)定?；谏鲜鎏攸c(diǎn)，本文提出了一種利用節(jié)點(diǎn)異構(gòu)特性和地理位置的按需路由協(xié)議RPWSAHA。RPWSAHA協(xié)議由“路由發(fā)現(xiàn)”、“位置信息服

3、務(wù)”和“路由維護(hù)”三部分組成，具有能耗低、簡(jiǎn)單實(shí)用和提供數(shù)據(jù)可靠傳輸?shù)膬?yōu)勢(shì)。 “路由發(fā)現(xiàn)”過程是RPWSAHA協(xié)議的主要過程，我們?cè)O(shè)計(jì)了空間約束型洪泛和時(shí)間約束型洪泛兩種路由發(fā)現(xiàn)策略。前者是一種自適應(yīng)擴(kuò)展的地理位置受限的路由請(qǐng)求包定向廣播技術(shù)，它利用靜態(tài)節(jié)點(diǎn)位置信息限定路由請(qǐng)求包廣播空間；而對(duì)于移動(dòng)節(jié)點(diǎn)而言，利用其靜態(tài)鄰居作為輔助節(jié)點(diǎn)來完成路由發(fā)現(xiàn)，不僅避免了對(duì)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)的依賴性，而目支持多路徑。后者是一種基于穩(wěn)定鏈路的路

4、由發(fā)現(xiàn)周期延長(zhǎng)的路由請(qǐng)求包選擇廣播技術(shù)，在該技術(shù)中能量高效的靜態(tài)節(jié)點(diǎn)具有轉(zhuǎn)發(fā)路由請(qǐng)求包的優(yōu)先權(quán)，由此找到的路徑具有能量高效、穩(wěn)定的特點(diǎn)，降低了路由發(fā)現(xiàn)次數(shù)。我們?cè)谠O(shè)計(jì)“位置信息服務(wù)”時(shí)，把移動(dòng)節(jié)點(diǎn)位置信息的注冊(cè)、更新和查詢限制在能量高效且穩(wěn)定的節(jié)點(diǎn)中，這樣可以避免過多地使用能量受限的節(jié)點(diǎn)。在設(shè)計(jì)“路由維護(hù)”過程時(shí)，采用了非本地路由維護(hù)算法，該算法在網(wǎng)絡(luò)規(guī)模不大且支持多路徑的情況下具有更低的路由開銷。和ZigBee支持的AODV相比，RP

5、WSAHA只在位置信息服務(wù)過程中引入了少量的額外開銷，不僅具有算法復(fù)雜度小的特點(diǎn)，而且還具有更優(yōu)越的性能。 我們自主開發(fā)了RPWSAHA路由協(xié)議的NS源碼，并且在三個(gè)不同網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的場(chǎng)景中分析了路由協(xié)議的收包率和路由開銷。和AODV路由協(xié)議性能測(cè)試結(jié)果顯示，RPWSAHA路由協(xié)議在30個(gè)節(jié)點(diǎn)規(guī)模中具有和AODV相當(dāng)?shù)男阅?；但是?0和90個(gè)節(jié)點(diǎn)規(guī)模中具有更優(yōu)越的性能，后兩種場(chǎng)景下收包率比AODV提高了40％以上，而路由開銷則降低了