农田水分无线传感器网络动态路由协议

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无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)被认为是21世纪最重要技术之一,它能实时监测、感知环境中各种对象的信息,并将这些数据处理后呈现给用户。将无线传感器网络应用于农田水分采集中,可以有效地提高工作效率。在前期的水分传感器网络中,我们采用了易操作控制和节能的静态链式路由协议。静态链式路由协议下一跳中转节点固定,一旦某段链路断开,后续节点的数据将不能传至基站节点。并且,农田传感器网络环境有很多的不确定因素,如通信质量比较差,节点接收数据包正确率低等。为此,本文考虑为水分传感器网络设计一种适应差错控制的动态路由协议。动态路由协议虽然会消耗一些额外能量,但是可以为节点的下一跳路由提供多样化选择,有利于应付恶劣环境带来的影响,避开失效节点。  从目前国内外公开的报告来看,关注农田无线传感器网络能耗与差错控制关系的研究较少,大部分路由协议都假设数据包传输是高正确率的。本文借鉴了定向扩散协议和目的序列距离矢量路由协议(Destination Sequenced Distance Vector,DSDV)的思想,结合农田无线传感器网络部署模型的特点,以提高网络能量有效性为目标,提出了农田水分无线传感器网络动态路由协议(Dynamic Routing Protocols for FarmlandMoisture Wireless Sensor Network,DRPFM)。DRPFM协议利用农田无线传感器网络部署模型中基站节点位置固定的特点,对DSDV协议路由初始化阶段算法进行了简化,DRPFM协议的下一跳中转节点选择机制综合考虑了节点间通信质量、全局路由信息、节点剩余能量等多个因素,使下一跳节点的选择具有动态性和较强的环境适应性,从而延长了网络生命周期。DRPFM协议克服了路由表的容量和带宽随着加入网络的节点越来越多而相应增加这一缺点,使得路由协议有更好的扩展性。  本文模拟DRPFM路由协议在各种情况下的运行情况,从能量有效性、单个数据包平均能耗、数据包数量分布和恶劣环境下网络运行情况等方面评价路由性能,并与DSDV路由、EAP路由进行性能比较。仿真测试表明:在能量有效性方面,DRPFM路由优于EAP路由,EAP路由优于DSDV路由;在单包平均能耗方面,DRPFM路由最小,EAP路由次之,DSDV路由最高;在数据包数量分布方面,DSDV路由最平衡,DRPFM路由次之,EAP路由最差;在差错率较高环境下,DSDV路由受影响最小,其次是DRPFM路由,EAP路由变动较大。实验显示,DRPFM路由协议在保持较高能量有效性同时降低了数据包平均能耗,并且数据包分布比较均匀,在差错率较高环境下的适应能力较强,DRPFM路由协议适宜在农田水分传感器网络环境中应用。
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