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作为一种全新的信息获取和处理技术,无线传感器网络综合了传感器技术,微机电系统和无线网络技术。它能够用来进行实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息并对其进行处理,然后将信息传送给用户。在军事、医学、环境、空间探索以及工业、民用和家庭网络等领域都具有广泛的应用前景。无线传感器网络通常运行在人类无法接近的恶劣环境或者危险区域中,而且其能源通常无法得到补充。因此,针对无线传感器网络的不同应用环境,设计高效节能的路由协议以延长网络的生命周期是它的核心问题之一。
根据网络监测数据的生成方式,无线传感器网络应用通常分为连续型查询应用和事件型查询应用。在前者中,传感数据通常是由特定的、事先已知的节点来收集的,并且连续不断地传回到基站供用户使用。因此,在这种应用场景中,可以事先计算并且建立一条从基站到数据源的最优路径进行数据路由以及融合,以达到最节能的目的。而在后者中,网络监测的事件所发生的时间和地点通常是不可预测的。这就意味着基站事先并不知道所有数据源的位置以及触发时间。因此,在这种场景中,要使得数据能够最有效的从数据源路由到基站也变得异常困难。
本文的主要工作是提出了一种基于事件型应用的无线传感器网络路由协议DRDDA。在DRDDA中,基站首先通过在网络内建立一个骨干网用于数据路由以及融合。基站与数据源之间的发现过程是通过基于定向谣传的方式来实现的。当各数据源产生了传感数据之后,它们将数据存储在离自己最近的骨干网分支上。传输到基站的数据流是通过骨干网上特定的节点发起的。其他的节点并不发起数据传输,而是待有数据流传入时将本地数据与接收到的数据进行融合,并将生成的数据向基站方向传输。考虑到在事件型无线传感器网络中基站和数据源的位置都可能随着时间动态地改变,我们也提出了一种骨干网更新的方法,从而保证数据路由与融合的路径总是最优。
为了证明DRDDA的有效性,我们对DRDDA的性能进行了理论上的分析,并且与其他相关协议进行了比较。另外,我们同时对DRDDA进行了模拟实验和仿真实验。在模拟实验中,我们利用自己实现的一个针对DRDDA的模拟器,在一个大规模的无线传感器网络上对DRDDA的性能进行了评估。在仿真实验中,我们将DRDDA在TinyOS上使用nesC语言进行了实验,并且通过TOSSIM仿真工具进行了实际测试。实验结果证明,相比于同类路由协议,DRDDA的性能更好,能够更为有效的节能。