面向室內(nèi)環(huán)境監(jiān)控的無線傳感器-執(zhí)行器網(wǎng)絡路由協(xié)議.pdf

1、節(jié)能降耗以及舒適、便捷的生活和工作環(huán)境對室內(nèi)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)提出了新的要求，而利用無線傳感器/執(zhí)行器網(wǎng)絡（WSAN）監(jiān)控室內(nèi)環(huán)境無疑會帶來新的機遇和挑戰(zhàn)。以低成本、高密度、廣泛分布為特點的WSAN可以有效地監(jiān)控室內(nèi)環(huán)境中的能量消耗和提供多種相關決策信息，為科學決策和調(diào)度提供高度可信的依據(jù)。然而，到目前為止還沒有一種針對該室內(nèi)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)通信特性的路由協(xié)議，這正是本文的主要工作。 本文首先分析了而向室內(nèi)環(huán)境監(jiān)控的WSAN的特點。網(wǎng)絡由

2、不同類型的節(jié)點組成，即大量的傳感器節(jié)點和少量的執(zhí)行器及控制器節(jié)點（如燈光、空調(diào)等的調(diào)節(jié)器，各種遙控器等）。傳感器節(jié)點需要電池供電、計算能力有限；執(zhí)行器和控制器節(jié)點計算能力有所增強，且通常有外部電源供電沒有能耗約束；絕大部分節(jié)點是靜態(tài)的，且具有確定的地理位置，但也有少數(shù)的移動節(jié)點。此外，節(jié)點間的通信鏈路不穩(wěn)定。基于上述特點，本文提出了一種利用節(jié)點異構特性和地理位置的按需路由協(xié)議RPWSAHA。RPWSAHA協(xié)議由“路由發(fā)現(xiàn)”、“位置信息服

3、務”和“路由維護”三部分組成，具有能耗低、簡單實用和提供數(shù)據(jù)可靠傳輸?shù)膬?yōu)勢。 “路由發(fā)現(xiàn)”過程是RPWSAHA協(xié)議的主要過程，我們設計了空間約束型洪泛和時間約束型洪泛兩種路由發(fā)現(xiàn)策略。前者是一種自適應擴展的地理位置受限的路由請求包定向廣播技術，它利用靜態(tài)節(jié)點位置信息限定路由請求包廣播空間；而對于移動節(jié)點而言，利用其靜態(tài)鄰居作為輔助節(jié)點來完成路由發(fā)現(xiàn)，不僅避免了對移動節(jié)點定位技術的依賴性，而目支持多路徑。后者是一種基于穩(wěn)定鏈路的路

4、由發(fā)現(xiàn)周期延長的路由請求包選擇廣播技術，在該技術中能量高效的靜態(tài)節(jié)點具有轉(zhuǎn)發(fā)路由請求包的優(yōu)先權，由此找到的路徑具有能量高效、穩(wěn)定的特點，降低了路由發(fā)現(xiàn)次數(shù)。我們在設計“位置信息服務”時，把移動節(jié)點位置信息的注冊、更新和查詢限制在能量高效且穩(wěn)定的節(jié)點中，這樣可以避免過多地使用能量受限的節(jié)點。在設計“路由維護”過程時，采用了非本地路由維護算法，該算法在網(wǎng)絡規(guī)模不大且支持多路徑的情況下具有更低的路由開銷。和ZigBee支持的AODV相比，RP

5、WSAHA只在位置信息服務過程中引入了少量的額外開銷，不僅具有算法復雜度小的特點，而且還具有更優(yōu)越的性能。 我們自主開發(fā)了RPWSAHA路由協(xié)議的NS源碼，并且在三個不同網(wǎng)絡規(guī)模的場景中分析了路由協(xié)議的收包率和路由開銷。和AODV路由協(xié)議性能測試結果顯示，RPWSAHA路由協(xié)議在30個節(jié)點規(guī)模中具有和AODV相當?shù)男阅?；但是?0和90個節(jié)點規(guī)模中具有更優(yōu)越的性能，后兩種場景下收包率比AODV提高了40％以上，而路由開銷則降低了