一種空間查詢高效的無線傳感網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議研究.pdf

1、無線傳感網(wǎng)絡(luò)是由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的大量感知節(jié)點(diǎn)通過無線通信方式進(jìn)行信息交互而形成的自組織多跳網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，是當(dāng)前信息技術(shù)領(lǐng)域中的研究熱點(diǎn)，具有重要的學(xué)術(shù)研究價值、廣闊的市場應(yīng)用前景及巨大的商業(yè)價值。隨著無線通信技術(shù)、傳感器技術(shù)以及其它相關(guān)技術(shù)的不斷進(jìn)步，無線傳感網(wǎng)絡(luò)在社會經(jīng)濟(jì)各部門得到了越來越廣泛的應(yīng)用。在較大規(guī)模、以數(shù)據(jù)為中心的無線傳感網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，感知數(shù)據(jù)查詢通常以獲取監(jiān)測區(qū)域內(nèi)局部區(qū)域狀態(tài)信息的空間查詢?yōu)橹?。然而，在?shí)際應(yīng)用場景中，由于

2、采用電池供電，感知節(jié)點(diǎn)攜帶能量極為有限。并且，由于受到網(wǎng)絡(luò)部署環(huán)境及傳感器網(wǎng)絡(luò)規(guī)模等因素的制約，通常難以為節(jié)點(diǎn)補(bǔ)充能量，因此，如何提高感知數(shù)據(jù)空間查詢的能量利用效率是目前亟需解決的關(guān)鍵問題。
　　GeoGrid路由協(xié)議是一種完全基于地理位置信息的路由協(xié)議，其實(shí)現(xiàn)簡單，并且具有良好的網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展性，適用于較大規(guī)模的無線傳感網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用場景，但是存在一些不利于高效空間查詢的因素。本文主要針對大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)空間查詢應(yīng)用場景，從成簇方式、簇首選舉、網(wǎng)

3、絡(luò)拓?fù)鋵哟螛?gòu)建及路由策略等方面對 GeoGrid進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，提出一種基于四叉樹結(jié)構(gòu)的空間查詢高效的無線傳感網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議——QuadGrid。首先，采用新的網(wǎng)絡(luò)劃分方法，在網(wǎng)絡(luò)中建立支持高效空間查詢的基于四叉樹結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋵哟谓Y(jié)構(gòu)，對網(wǎng)格進(jìn)行M碼編碼，并在相應(yīng)四叉樹層次增加管理節(jié)點(diǎn)；然后，在進(jìn)行簇首節(jié)點(diǎn)選舉時，綜合考慮感知節(jié)點(diǎn)的剩余能量、感知節(jié)點(diǎn)與其所在網(wǎng)格的中心位置的距離以及感知節(jié)點(diǎn)與其周圍8個鄰居簇的簇首節(jié)點(diǎn)的距離等三方面的因素

4、，選擇出綜合性能最優(yōu)的感知節(jié)點(diǎn)作為簇首節(jié)點(diǎn)；接下來，在進(jìn)行下一級路由的選擇上，綜合考慮當(dāng)前簇首節(jié)點(diǎn)的剩余能量以及當(dāng)前簇首節(jié)點(diǎn)經(jīng)由目標(biāo)中間簇首節(jié)點(diǎn)到達(dá)下一級父簇首節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸距離等兩方面的因素，選擇性能最優(yōu)的簇首節(jié)點(diǎn)作為中間節(jié)點(diǎn)；最后，從查詢命令分發(fā)和感知數(shù)據(jù)收集等兩個方面對QuadGrid協(xié)議的空間查詢策略進(jìn)行設(shè)計(jì)。
　　對GeoGrid、QTBDC及QuadGrid的網(wǎng)絡(luò)平均能耗、節(jié)點(diǎn)存活數(shù)目以及空間查詢能耗進(jìn)行仿真和對比分析