无线传感器网络QoS路由算法研究

摘要

随着无线传感器网络（Wireless Sensor Networks，WSN）技术的飞速发展与科学水平的不断进步，复杂多变的网络应用对路由算法的服务质量（Quality of Service， QoS）要求也逐渐提高，如何满足WSN的QoS成为当前科学研究的重点。本文以数据分级技术、基于数据分级技术的QoS路由算法和具有数据融合与拥塞处理功能的临界区机制为主要研究内容，设计并实现出能够在保证WSN能量均衡的同时，满足一定及时性和可靠性的QoS路由算法，提高网络整体性能。 本文在对经典QoS路由算法研究的基础上，通过与数据分级技术结合，设计并实现了基于数据分级的无线传感器网络QoS路由算法。该算法的主要内容包括数据分级、路由算法性能参数的计算、候选转发节点集合的选择、多优先级路由处理和临界区机制。首先，分析数个经典路由算法的优缺点，提出一种数据分级技术，根据不同应用的不同QoS需求，综合考虑数据类型与数据及时性需求，将数据分为五个级别。接着，设计并实现了基于数据分级技术的路由算法，依靠数据传输的能量模型与三角函数建模分析，选择出候选转发节点集合，并计算各节点可靠性和及时性参数。然后，针对应用数据不同的数据级别，进行多优先级路由处理，满足相应的QoS需求。同时，通过引入拥塞临界区机制实现数据融合与拥塞处理的功能，该机制的关键在于如何合理地选择临界区节点与融合节点，避免节点过快的消耗能量而死亡，维持能量均衡，达到延长网络生命周期的目的。最终，应用 OPNET 仿真软件对无线传感器网络 QoS 路由算法进行仿真实验，在及时性、可靠性和能量消耗的角度上与经典的QoS路由算法进行比较。 本课题研究对提高无线传感器网络应用的服务质量具有实际意义，同时，基于数据分级的无线传感器网络QoS路由算法在工业等无线传感器网络领域中具有一定的应用价值。

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