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基于物理感知信息的WSN空洞路由方法研究

刘必千  
【摘要】:无线传感网络(Wireless Sensor Network,WSN)由大量低功耗传感节点组成,通常部署在相对恶劣的环境中,容易受到外界环境的干扰。网络中存在移动障碍物时,障碍物附近的链路容易受到干扰而失效,形成无法通信的路由空洞。现有路由协议一般通过监测数据传输、计算链路质量以避开失效路径。由于WSN较低的数据传输率,路径切换速度慢,难以避免障碍物导致的数据传输延迟甚至失败。为解决以上问题,本文提出利用传感器提供的物理感知信息检测障碍物并进行空洞路由的方法,并对以下三个方面展开工作:(1)通过实验研究,验证了障碍物与物理感知信息、路由空洞间的相关性。(2)提出一种在WSN系统中移动障碍物,利用节点物理感知信息交互实现相对位置学习的方法。针对网格传感点阵,设计了一种移动障碍物的最佳运动路径,并在该路径基础上,设计了节点间直接和间接的相对位置学习算法。(3)提出一种基于物理感知信息的WSN空洞路由算法。当移动障碍物进入系统部署区域后,该算法利用物理感知信息判断节点与障碍物相对方向,快速建立沿障碍物边界绕过路由空洞的路径。本文通过仿真和实际系统实验对所提出算法的有效性进行了验证,并与搭载不同链路质量估计器(4Bit、PACE)的汇聚树(Collection Tree Protocol,CTP)路由协议进行了对比。结果表明,在易受障碍物干扰的场景中,本文所提出路由协议在传输成功率、路径跳数、数据传输开销、控制开销等方面均有显著提升。


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