無線傳感器網(wǎng)絡中路由協(xié)議的跨層設計研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡WSN(Wireless Sensor Network)集成了傳感器、微機電、現(xiàn)代計算和無線通信網(wǎng)絡等技術，由于其巨大的應用前景成為了學術界和工業(yè)界廣泛關注的焦點。路由算法在面向應用的無線傳感器網(wǎng)絡中起著舉足輕重的作用。而無線傳感器網(wǎng)絡在網(wǎng)絡特點、通信模型和數(shù)據(jù)傳輸需求等方面的獨有特性，制約了眾多傳統(tǒng)的路由算法在無線傳感器網(wǎng)絡中的應用?？鐚釉O計以其簡單靈活的設計理念、對不同網(wǎng)絡結構和應用環(huán)境的普適性等優(yōu)點，使得跨層設計理念

2、和無線傳感器網(wǎng)絡中路由協(xié)議的設計形成了天然的結合，為無線傳感器網(wǎng)絡的研究注入了新鮮的血液。
　　 本文為設計出適用于無線傳感器網(wǎng)絡的路由協(xié)議，以跨層設計的理念為主線，主要的研究成果和創(chuàng)新點如下：
　　 1.以跨層設計理念為核心，提出了一種基于競爭模式的、對動態(tài)信道具有較好魯棒性的路由協(xié)議-CACR(Channel Aware Contention based Routingscheme)
　　 針對已有路由算法在

3、信道較差的情況下難以保證數(shù)據(jù)報文的正確、有效傳輸?shù)娜毕?，提出了一種具有良好性質(zhì)的信道參數(shù)。在此基礎上，從節(jié)點競爭信道的過程出發(fā)，針對多個節(jié)點同時接入信道可能產(chǎn)生的碰撞等問題，提出了一種優(yōu)化的接入空間機制ASM(Access Space Mechanism)，并設計了一種基于競爭模式的可感知信道的路由協(xié)議。協(xié)議綜合考慮了物理層、MAC(Medium AccessContro1)層和路由層的性能，實現(xiàn)對競爭過程和下一跳節(jié)點的優(yōu)化過程。本文利

4、用了動態(tài)規(guī)劃等數(shù)學理論，充分分析了接入空間的成功概率等性能。而在不同信道狀況下的仿真結果表明，協(xié)議在報文遞交比率等方面有了較大提高，并能夠有效保證信道的競爭性能。
　　 2.基于跨層設計思想提出了一種面向分布式事件檢測的特定應用的路由技術-ECCRD(Energy-efficient Contention-based Cooperative Routing fordistributed event Detection)
　

5、　 為實現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡事件檢測的應用，除了要考慮無線傳感器網(wǎng)絡自身的能量和資源受限的問題，還必須解決大量檢測數(shù)據(jù)對網(wǎng)絡造成負荷過高的問題。文章引入基于高斯-馬爾科夫模型的鏈路參數(shù)，采用跨層思想設計了一種節(jié)能的可用于分布式事件檢測的協(xié)作路由協(xié)議。協(xié)議將路由性能、單個鏈路對全網(wǎng)檢測性能的貢獻以及無線信道接入的動態(tài)特性相結合，將路由、檢測和信道接入幾個問題轉化成一個跨層的接入空間的求解問題，在每次尋路過程中求解可優(yōu)化網(wǎng)絡性能的方案。仿真表

6、明，協(xié)議在保證無線傳感器網(wǎng)絡中大范圍事件的分布式檢測性能同時，能夠有效地減小網(wǎng)絡的能量消耗。
　　 3.采用跨層理念，提出了一種可優(yōu)化網(wǎng)絡生命周期的路由算法MOFD(Multi-Optimized Function Directed diffusion protoco1)
　　 從無線傳感器網(wǎng)絡路由協(xié)議的能耗問題出發(fā)，分析了目前無線傳感器網(wǎng)絡路由協(xié)議的研究特點，指出已有工作在協(xié)議能量消耗和網(wǎng)絡能量均衡等方面的缺陷。進一步

7、針對平衡網(wǎng)絡中節(jié)點能量消耗、延長網(wǎng)絡生命周期上的優(yōu)化目標，提出了一種可優(yōu)化網(wǎng)絡生命周期的路由協(xié)議。仿真結果顯示，與傳統(tǒng)的推擴散協(xié)議相比，本協(xié)議實現(xiàn)了更低的能耗以及更高的傳輸可靠性，顯著的延長了網(wǎng)絡生命期。
　　 4.以跨層設計為主線，提出一種可抵抗干擾攻擊的安全路由協(xié)議SRRJ(Secure Routing protocol Resilient to Jamming)
　　 從無線傳感器網(wǎng)絡路由協(xié)議的安全性出發(fā)，著重分析