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无线传感器网络被认为是全球未来十大技术之一。由于它在许多领域具有重要的科研价值和巨大的实用价值,在基础理论和工程技术两个层面向科技工作者提出了大量挑战性问题,从而引起了学术界和工业界的高度重视,成为当今国内外研究热点之一。将无线传感器网络应用于农业中,构成监控网络,是实现农业信息化、自动化、智能化的重要手段。然而,农田无线传感器网络具有超大规模、超低成本、拓扑变化复杂等特点,造成传输受限。这些特征对网络通信协议提出了更加苛刻的要求。已有的通信协议如SPIN、LEACH、TEEN协议等对这些特征考虑不够,不能直接应用。
为解决上述问题,本文在分析无线传感器网络特点以及现有的路由协议的基础上,结合最大限度延长网络生命周期的目标,对比现有的无线传感器网络的各种路由协议和算法,借鉴了数据融合树路由以及位置辅助路由的优秀思想,根据问题模型与设计目标,研究分析了基于正四边形网格农田传感器网络模型,提出一种新型的基于精细化梯度的能量有效动态路由(Equally Effective Routing Based on Fine-Grain Gradient,EERG)。进一步地,详细设计了EERG路由的建立机制、传输机制与异常处理机制。最后,对路由进行理论分析和仿真分析,模拟了超大规模下EERG路由运行情况,并与融合树路由、位置辅助路由等方案进行了比较。
仿真显示,EERG路由可以有效降低网络能耗、均匀网络负载、延长网络生命周期,特别适合作大规模农田监测数据的传输路由选择。尤其是在进行区域查询时,EERG路由的生命周期比SPT路由、Compass路由延长了10%~50%。