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无线传感器网络数据收集与路由协议研究

王晓敏  
【摘要】:随着无线通信和集成电路的发展,体积小,智能和廉价的无线传感器装置应用越来越广泛。在不远的将来,这些传感器节点就能植入到方便人携带的多种设备中,大量的这些移动设备可以组成一个无线传感器网络。在无线传感器网络中,由于通信半径的限制,节点之间是通过多跳转发进行数据交互的,因此数据收集和路由协议是其重要的组成部分。但是,由于无线传感器网络的上述特点,使得传统的路由协议不能有效地应用。尽管现今已取得了一些初步的研究成果,但现有的研究成果都有其特定的环境,无法提供完善的、综合性的路由解决方案,这就为无线自组网中的数据收集和路由技术研究留下了非常广阔的空间。 本文针对无线传感器自组织网络中具有代表性的延迟容忍传感器网络、移动车载自组织网络进行了系统、全面地分析和总结,并在此基础上深入细致地研究了相关的数据收集和路由协议,取得了若干创新和成果。本文的主要贡献包括: 1.针对人类活动有规律性的特点,提出了一个基于日程表的路由协议——ARP,该协议使用人类的日志和他们的社会关系来制定路由。现实生活中的人有各种社会角色,一些人活动可能更频繁而且与sink节点有更频繁的联系,因此,在ARP中将节点划分等级。ARP根据两个变量决定路由,两个变量分别为传感器节点的传输等级和相遇时间值。此外,ARP也使用了信息生存时间,系统将丢弃超时的信息以减轻网络负载。作者对ARP的有效性进行了建模分析,并且将ARP的性能与以前的一些协议进行了比较。实验证明,ARP能提高网络寿命,信息递交率,同时降低传输负载和数据传输延迟。 2.提出了一种基于分布式群组移动的事件分类传输策略GMED(distributed group mobility adaptive event delivery)。基本思想是通过有效的发现和利用传感器节点在运动过程中形成的群组,从而建立基于群组的事件分类传输模型,改善数据传输性能。其中群组的转发是依据各自与汇聚点的机会概率按照多副本方式进行,而群内的事件传输则是基于各成员节点的稳定邻居集,建立传输路径并以单副本方式进行。队列管理则根据事件的优先级来决定递交的优先顺序和丢弃原则,此外引入冗余副本控制机制来优化副本管理及降低网络负载。模拟试验表明,GMED能以较低的数据传输能耗和传输延迟获得较高的数据传输成功率,且网络寿命相对较长。 3.在本文中,针对异构无线传感器网络的数据收集,提出了一种适用于长期生存的无线网络的分布式簇算法(DCB)。DCB采用一种有效的能量节约机制,该机制能均衡节点负载,延长网络寿命,并且DCB适用于异构网络。实验结果证明,与HEED算法相比,DCB能大幅提高网络寿命。


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