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无线传感器网络(WSN)是近些年发展起来的一项新技术,它最早应用于军事领域,如今的低成本传感器节点已经可以应用于空间探测、辐射检测、洪灾预警、农田管理、生物群落观测、机动目标跟踪、环境和气象监测、智能交通和智能家居等众多领域。无线传感器网络融合了传感器技术、嵌入式技术和网络通信技术等当今众多热门技术,其发展已被国务院写入了《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》,WSN将逐步进入人们的生活。
无线传感器网络与传统网络通信技术有很多不同之处,传感器节点的能耗问题就是其关键性问题之一。降低传感器节点能耗可在协议栈的各个层次实现,本文主要研究如何优化数据链路层和网络层间的共性,融合MAC和路由层协议算法以降低节点平均能耗。
现有的很多路由算法在设计之初就对能耗问题进行了专门考虑,但这些算法大多只关注TCP/IP协议栈某一层的优化,而忽略了层与层之间的相互作用和联系。在分析了分层设计方法和跨层设计方法协议栈基础上,提出了融合MAC和路由层协议算法以优化协议栈。
在网络仿真开源软件NS2平台上加载了能量模块,并实现了基于定向扩散的融合MAC和路由层协议算法的改进,通过大量仿真实验结果表明,改进后的算法对降低节点平均能耗(即延长网络生存时间)、节点死亡率、分组传输延时和分组收发率等指标有明显的改善作用。
本文的融合MAC和路由层协议改进算法虽然是基于定向扩散算法实现和仿真的,但其设计思想和方法也可用于传感器网络的其他路由算法。