论文摘要
无线多媒体传感器网络(Wireless Multimedia Sensor Networks, WMSN)是在传统无线传感器网络(Wireless Sensor Networks, WSN)的基础上引入了可以采集视频、音频和图像等多媒体信息的传感器节点,能够实现全方位的精确、细粒度的环境监测。无线多媒体传感器网络具有感知媒体丰富、网络处理能力强、数据量大、处理任务复杂和能量消耗均匀等显著特点,使得WMSN在环境监测、军事侦察、医疗护理、紧急情况救灾和目标追踪等有广泛的应用前景。WMSN具有很强的应用价值和理论意义,是计算机领域研究的一个热点。路由协议主要解决Source节点到Sink节点的数据传输问题,是无线多媒体传感器网络的核心技术之一。多媒体传感器节点大部分是由电池供电,能量有限且难以替换。因此,如何节约各节点有限的能量始终贯穿在路由设计中。由于WMSN中引入了视频、音频、图像等多媒体信息,使得路由协议设计不仅要考虑网络能耗、扩展性等,而且还必须考虑到多媒体信息传输的实时性和可靠性要求。谣传路由(Rumor Routing, RR)是基于agent随机转发的经典路由协议,定向谣传路由算法(Directed Rumor Routing, DRR)是基于谣传路由协议和基于部分地理位置信息路由协议的一种结合,来寻找一条优化的路径到目标节点。基于地理位置信息的WMSN路由协议中,基站节点通过泛洪的方式将自己的地理位置信息坐标发送给Source节点,容易造成网络时延和能量的浪费,而DRR算法通过谣传的方式建立Source节点到基站节点的一条或者多条路径,从而获得Sink节点的地理位置信息。本文将DRR算法应用到WMSN中,通过DRR算法获得Sink节点的地理位置信息,然后进行第二次路由查找来确定一条或者多条优化的数据传输路径。DRR算法规定了查询agent或者事件agent的直线发送方向,但是当网络中有大量事件发生时,导致发送事件agent的数目增多,传递agent的跳数值增加,能量消耗大,而且当节点密度比较大时,每次选择距离基准方向最短的节点进行转发,导致转发节点增多,(Time To Live, TTL)值过早为零,降低了事件agent和查询agent路由发现概率。针对DRR算法的优劣,本文提出了改进的算法IDRR(Improved Directed Rumor Routing, IDRR),其中主要改进工作包括以下几个方面：(1)针对DRR算法发送查询agent及事件agent的数目过多导致TTL值过早归零进而降低路由发现概率的缺陷。本文在事件agent和查询agent的发送基准方向上分别引入了与其相对应的虚拟Sink节点和虚拟Source节点,其目的是在TTL值递减为零之前,采用贪心策略尽可能使事件agent和查询agent沿着基准方向传送较远的距离,改进后的路由算法提高了事件agent和查询agent的相交概率,增加了路由发现的可靠性和实时性。(2)针对DRR算法在路由绕洞过程中选路代价过高及其面向网络非均匀环境的非适应性等问题,本文所提IDRR算法利用新增的虚拟节点重置路由发现中的下一跳目标点,在节点非均匀分布环境中选择反向区域内距虚拟节点物理最近的节点作为下跳节点,进而有效且高效地绕过路由空洞。改进后的路由算法简化了路由绕洞的流程,节省了其存储源节点地理信息的开销,增强了其适应网络非均匀环境的能力。(3)针对DRR算法在第二次路由查找及优化过程中使用贪心策略选择下跳节点易导致节点能耗不均进而增大路由空洞、降低网络生命周期等不足点,本文所提IDRR算法修改了第二次路由查找及优化过程中路由选择概率的判定条件,其中包含了数据转发节点与目标节点间距及节点剩余能量两个重要的路由选择因素。该改进后的路由算法均衡了节点的能量消耗,延长了网络的生命周期。通过仿真实验将IDRR与DRR的路由相交率、节点能耗及其平衡性、网络生命周期等参数进行比较,其结果表明本文提出的IDRR算法改进并完善了原DRR算法的缺陷、问题及不足点,显著地提高了路由发现的成功率、均衡了网络能耗、延长了网络寿命,适于WMSN长期且高效地完成数据传输任务。
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