具有不可靠鏈路的低占空比傳感網(wǎng)中低延遲路由協(xié)議研究.pdf

1、低占空比無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Low-duty-cycle Wireless Sensor Networks，簡(jiǎn)稱LDC-WSN）可部署在人類難以進(jìn)入的惡劣環(huán)境中執(zhí)行長(zhǎng)期的監(jiān)測(cè)和目標(biāo)跟蹤等任務(wù)，具有廣泛的應(yīng)用前景。在LDC-WSN中，節(jié)點(diǎn)大部分時(shí)間都處于睡眠狀態(tài)，只有少量的時(shí)間處于工作狀態(tài)。因此在數(shù)據(jù)傳輸過程中，發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)需要等待接收節(jié)點(diǎn)蘇醒，由此產(chǎn)生睡眠延遲(Sleep Delay)。通常情況下，節(jié)點(diǎn)之間的睡眠延遲是數(shù)據(jù)傳輸延遲的幾

2、十倍或上百倍。因此傳統(tǒng)的基于節(jié)點(diǎn)持續(xù)工作(All-node-active)的路由協(xié)議不適用于這種網(wǎng)絡(luò)。此外，目前大部分已有的針對(duì)LDC-WSN的路由協(xié)議并沒有考慮不可靠鏈路的情況，因此在實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景中，路由性能會(huì)受到很大影響。綜上所述，設(shè)計(jì)不可靠通信環(huán)境中低延遲的路由協(xié)議是目前研究的一個(gè)難點(diǎn)，具有較大的挑戰(zhàn)性。
　　本文針對(duì)以上問題進(jìn)行研究，主要開展如下工作:
　　(1)LDC-WSN中能量感知的動(dòng)態(tài)路由算法。目前已有的LD

3、C-WSN路由協(xié)議主要關(guān)注如何減少端到端延遲，沒有充分考慮均衡節(jié)點(diǎn)的能量消耗，容易導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸過程中某些節(jié)點(diǎn)能量消耗過快而過早死亡。為了解決這個(gè)問題，提出了一種基于鏈路質(zhì)量和能量感知的路由算法EADR(Energy-aware Dynamic Routing)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)維護(hù)一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)集，轉(zhuǎn)發(fā)集中的節(jié)點(diǎn)均是鏈路質(zhì)量較高的鄰居。在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)發(fā)送給轉(zhuǎn)發(fā)集中決策因子高的鄰居，而決策因子由轉(zhuǎn)發(fā)集中節(jié)點(diǎn)的工作/睡眠調(diào)度和能量水平來動(dòng)態(tài)

4、決定。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，EADR算法能夠降低端到端的延遲，提高數(shù)據(jù)成功發(fā)送率，提高網(wǎng)絡(luò)生命周期。
　　(2)異步低占空比WSN中基于相長(zhǎng)干涉的數(shù)據(jù)收集協(xié)議。在基于事件驅(qū)動(dòng)的傳感器應(yīng)用中，節(jié)點(diǎn)并不是進(jìn)行持續(xù)的數(shù)據(jù)收集，而是在有事件發(fā)生時(shí)才會(huì)向Sink發(fā)送數(shù)據(jù)。目前已有的數(shù)據(jù)收集協(xié)議中，為了維護(hù)協(xié)議的健壯性，節(jié)點(diǎn)需要定期維護(hù)鄰居節(jié)點(diǎn)信息，產(chǎn)生較大的控制開銷。而在具有不可靠鏈路LDC-WSN中，由于睡眠延遲和不可靠通信的存在，維護(hù)過程將

5、會(huì)變得更為復(fù)雜。為了解決這個(gè)問題，提出了在異步LDC-WSN中基于相長(zhǎng)干涉的數(shù)據(jù)收集協(xié)議ADCCI(Asynchronous Duty Cycle and Constructive Interference)。在ADCCI中，節(jié)點(diǎn)不需要保存和維護(hù)鄰居節(jié)點(diǎn)信息。當(dāng)有數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)，節(jié)點(diǎn)會(huì)先與Sink建立多條傳輸路徑，然后傳輸路徑上的節(jié)點(diǎn)利用基于相長(zhǎng)干涉的并發(fā)傳輸快速且可靠的將數(shù)據(jù)發(fā)送到Sink。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，ADCCI協(xié)議能夠降低端到端延