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（Low-duty-cycle Wireless Sensor Networks，簡稱LDC-WSN）可部署在人類難以進入的惡劣環(huán)境中執(zhí)行長期的監(jiān)測和目標跟蹤等任務，具有廣泛的應用前景。在LDC-WSN中，節(jié)點大部分時間都處于睡眠狀態(tài)，只有少量的時間處于工作狀態(tài)。因此在數(shù)據(jù)傳輸過程中，發(fā)送節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)時需要等待接收節(jié)點蘇醒，由此產生睡眠延遲(Sleep Delay)。通常情況下，節(jié)點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)點持續(xù)工作(All-node-active)的路由協(xié)議不適用于這種網(wǎng)絡。此外，目前大部分已有的針對LDC-WSN的路由協(xié)議并沒有考慮不可靠鏈路的情況，因此在實際應用場景中，路由性能會受到很大影響。綜上所述，設計不可靠通信環(huán)境中低延遲的路由協(xié)議是目前研究的一個難點，具有較大的挑戰(zhàn)性。
　　本文針對以上問題進行研究，主要開展如下工作:
　　(1)LDC-WSN中能量感知的動態(tài)路由算法。目前已有的LD

3、C-WSN路由協(xié)議主要關注如何減少端到端延遲，沒有充分考慮均衡節(jié)點的能量消耗，容易導致數(shù)據(jù)傳輸過程中某些節(jié)點能量消耗過快而過早死亡。為了解決這個問題，提出了一種基于鏈路質量和能量感知的路由算法EADR(Energy-aware Dynamic Routing)。每個節(jié)點維護一個轉發(fā)集，轉發(fā)集中的節(jié)點均是鏈路質量較高的鄰居。在進行數(shù)據(jù)傳輸時，節(jié)點將數(shù)據(jù)發(fā)送給轉發(fā)集中決策因子高的鄰居，而決策因子由轉發(fā)集中節(jié)點的工作/睡眠調度和能量水平來動態(tài)

4、決定。仿真實驗結果表明，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)絡生命周期。
　　(2)異步低占空比WSN中基于相長干涉的數(shù)據(jù)收集協(xié)議。在基于事件驅動的傳感器應用中，節(jié)點并不是進行持續(xù)的數(shù)據(jù)收集，而是在有事件發(fā)生時才會向Sink發(fā)送數(shù)據(jù)。目前已有的數(shù)據(jù)收集協(xié)議中，為了維護協(xié)議的健壯性，節(jié)點需要定期維護鄰居節(jié)點信息，產生較大的控制開銷。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，維護過程將

5、會變得更為復雜。為了解決這個問題，提出了在異步LDC-WSN中基于相長干涉的數(shù)據(jù)收集協(xié)議ADCCI(Asynchronous Duty Cycle and Constructive Interference)。在ADCCI中，節(jié)點不需要保存和維護鄰居節(jié)點信息。當有數(shù)據(jù)發(fā)送時，節(jié)點會先與Sink建立多條傳輸路徑，然后傳輸路徑上的節(jié)點利用基于相長干涉的并發(fā)傳輸快速且可靠的將數(shù)據(jù)發(fā)送到Sink。仿真實驗結果表明，ADCCI協(xié)議能夠降低端到端延