基于QoS约束的无线传感器网络路由协议的研究

摘要

无线传感器网络(Wireless Sensor Network，WSN)是伴随着传感器技术、无线电通信技术、计算机网络等技术的发展而产生的一种新兴的通信技术。由于无线传感器网络一般具有规模大、自组织、体积小、无线且成本较低的特点，常常被应用于目标的监测、数据的采集和处理等任务。近年来，无线传感器网络的飞速发展，其应用范围也日益扩大：从早期经常应用于军事和环境监测领域等到如今广泛渗透在日常生活的各个领域；同时，伴随着多媒体等技术的发展，更是对无线传感器网络的实时性和可靠性提出了新的要求。因此如何在资源有限的无线传感器网络中提供QoS的保障，成为了目前亟待解决的关键问题。
　　 本文首先对无线传感器网络的基本概念进行了简单的描述；接着通过结合国内外现有的相关成果，围绕具有QoS约束的无线传感器网络中路由技术的相关问题进行了探讨。本文主要进行了如下的工作：
　　 (1)本文分析研究了无线传感器网络中提供QoS路由的特点、设计目标，讨论了无线传感器网络中QoS度量参数的选取方法和评估方法、OoS路由策略的设计理念等方面内容；比较并分析了现有的提供QoS保障的无线传感器网络路由协议的优缺点及适用范围。
　　 (2)本文对基于能量约束的无线传感器网络路由技术进行了研究，并结合分簇路由机制，提出了一种新的基于能量约束的无线传感器网络路由协议LEACH-AD。该协议通过对成簇算法和数据传输方式的改进，平衡了网络的负载、满足了能量约束的需求，延长了网络的整体寿命；最后通过仿真实验对LEACH-AD、LEACH和LEACH-C进行了相应的比较。
　　 (3)本文针对资源受限的无线传感器网络中的QoS约束要求，提出了一种新的基于QoS约束的路由协议GA-QoS。该协议能够在满足具体应用所提出的QoS要求的条件下，实现能耗最小的QoS路由发现方法；并通过该协议提出的节点选择和调度机制，实现网络负载的均衡。最后通过NS2进行仿真实验，结合现有的经典的QoS路由协议，分别从网络时延、抖动、丢包率、网络寿命等方面对GA-QoS、SPEED、ReInForM进行了比较。
　　 本课题得到了以下项目资助：国家自然科学基金资助项目(批准号：60970064)，国家重点基础研究计划项目(2011CB302601)，国家软件开发环境国家重点实验室开放基金项目(N0.SKLSDE-2011KF-01)，新世纪优秀人才支持计划(NO：NCET-08-0806)，霍英东教育基金高等院校青年教师基金(N0.121067)，中央高校基础研究基金(2010-Ⅱ-003)及国家863高技术研究计划(N0.2009AA043303)资助。