论文摘要
无线传感器网络（WSN）在众多领域里有着广阔的应用前景,是目前学术界研究的热点之一。由于传感器节点的电池能量有限且难以补充能量,因此如何高效使用有限的电池能量并延长网络生存期成为WSN面临的首要挑战。任播作为IPv6所定义的三大通信方式之一,在众多网络应用中占据越来越重要的位置。任播路由技术可以将分组发送到指定通信组中任意一个组员处,因此将其应用在WSN中可以均衡能耗、避免WSN中部分节点能量消耗过快,从而提高网络生存期。但是,由于WSN任播通信技术是一个新的研究领域,关于它的研究才刚刚起步,因此还存在着许多问题需要进一步的分析和研究。针对WSN任播路由技术现存的问题,本文进行深入地分析和研究,提出了一些解决方案与相关任播路由协议,本文所做的主要研究内容和创新如下：（1）针对群体智能的自主性、智能性和移动性等特性适用于WSN中路由查询,提出了基于蜂群算法的WSN任播路由协议（ABCARP）。ABCARP采用两级侦查蜂机制,分别由短途侦查蜂和长途侦查蜂负责查询节点周边区域和基站,由采集蜂负责携带分组传递。相比较AODV和Ant-AODV协议,对于移动目标监测事件ABCARP在控制开销和能耗效率上具有更好的性能优势。又提出一种基于移动Agent的WSN任播路由协议（MAARP）。协议中节点只需局部一跳邻居信息,而其监测数据由簇首负责发往基站；簇首通过移动Agent去寻找基站,建立任播路由表。本文还讨论按需驱动任播协议及本文协议的能耗模型。相比较按需驱动任播协议,在网络规模较大或网络密度较高时,MAARP协议具有系统能耗小的优良表现。（2）针对WSN路由算法在寻找路径时多采用路径或节点不相交路由策略,无法解决因隐终端问题造成的传递碰撞,导致额外的大量重传能耗问题,提出一种基于区域不相交策略的WSN任播路由算法（ZDARA）,该算法根据各路径的邻居节点影响因子（邻居节点参与其他任播路径的度）依次选择无传递碰撞问题的任播路径,相比较最短路径优先选择策略,ZDARA能够寻找到更多数量的区域不相交任播路径。相比较节点不相交路由策略和最短路径优先区域不相交路由策略,ZDARA的系统能耗和能耗均衡的综合指标具有较好的性能优势,从而提高网络生存期。针对隐终端问题,本文还提出基于区域不相交策略的WSN地理任播路由算法（ZDGAR）。ZDGAR算法采用扇形通道技术和基于不同时隙的区域不相交发送策略以减少任播路径传递碰撞问题。相比较节点不相交路由策略和最短路径优先区域不相交路由策略,ZDGAR在分组投递成功率和节点平均能耗上具有较好的性能优势,从而提高网络生存期。上述两种算法虽然可以避免或减少隐终端问题造成的传递碰撞问题,但却带来可用任播路径数量急剧减少的问题,从而降低任播均衡系统能耗的能力,能耗效率未必较好。针对这个新问题,提出基于传递碰撞概率分析的WSN任播路由协议（TCARP）。该协议研究传递碰撞概率计算,以能耗均衡和系统能耗最小这两个因素决定各条任播路径的路由权重,并以参数α权衡两者之间的关系。相比较完全避免碰撞路由协议、只以路由距离为路由判据而没有讨论传递碰撞问题的传统任播路由协议,TCARP能更有效地均衡能耗,减少系统能耗,从而优化网络生存期。（3）深入分析和研究了客户QoS约束对任播路由技术的影响。任播技术应用在基于休眠唤醒机制的WSN中可以改善其时延较长的问题,但以往技术是针对每一跳候选节点的休眠时延进行优化,该策略在端对端时延上往往并不最优甚至有时效果很差。本文针对端对端时延问题提出基于时延约束的WSN最优任播算法（DCARA）。协议中基站采用AODV多路径路由协议获取任播路径信息,采用遗传算法进行最优化计算,并将所得各节点至任播组最优任播路径的信息返回给各节点。由于该算法具有自适应调节任播路径和全局优化的特点,相比较以往算法,仿真实验数据表明DCARA可以更有效地降低端对端时延。QoS约束往往不只一个,针对带宽需求和最小时延约束的任播通信的要求,即对于一个任播通信组和指定目标节点,在满足带宽需求的前提下找到时延最短的任播路径集合。我们提出一个多项式时间近似优化算法来解决带宽和时延约束（ARAS）,鉴于该问题是NP难题,本文近似优化算法是一个较.好的解决办法。相比较我们给出的启发式算法（最短路径优先任播路由算法和最大带宽优先任播路由算法）,在带宽受限大型网络中,算法具有明显的性能优势。（4）传统基于移动Sink的WSN路由协议中,Sink移动过程中需时时散播位置信息,能耗开销巨大,针对该问题提出一种基于预测路由机制的移动Sink WSN任播路由协议（ARPMS）.在ARPMS中,Sink只在移动速度或方向发生改变时才需散播其移动信息,而传感器节点可以计算（预测）Sink的当前和将来位置并选择能耗效率最高的Sink作为任播目标。由于Sink无需时时散播其位置信息,从而节省大量能耗开销,从而在能耗效率上具有较好的性能。
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标签：无线传感器网络论文; 任播论文; 路由协议论文; 移动论文; 蜂群算法论文; 隐终端问题论文; 传递碰撞论文; 区域不相交论文;