无线传感器网络中节能路由及相关技术的研究

无线传感器网己被广泛应用于国防军事、环境检测、反恐抗灾、医疗卫生以及交通管理等领域。然而，无线传感器网络通常运行在人无法接近的恶劣甚至危险的远程环境中，节点靠电池供给能量，而电池能源又无法更换，能量问题已经成为阻碍无线传感器网络继续发展的主要绊脚。因此，如何在单个节点能量受限的情况下延长整个网络系统的生存时间，是无线传感器网络设计中的一个重要挑战，也是国内外研究的热点技术之一。本课题在分析无线传感器网络体系结构、特点的基础上，以节约能量、延长网络生命周期为主要目的，在合理结合无线传感器自身特征的基础上，对其路由技术进行全面的理论分析和研究，重点考虑无线传感器网络的节能路由协议、数据融合算法、能量均衡路由技术和安全均衡路由策略等重要问题，具有重要的科学研究意义和广泛的实际应用价值。如果能取得预期的研究成果，将会进一步加强无线传感器网络在军事、工业、商业等领域的应用。

在研究工作方面，我们以无线传感器网络中路由算法的能量消耗情况为核心，围绕节能路由协议设计理论—路由代数理论、节能路由协议的性能分析、节能路由的信任机制和新型节能路由算法设计等方面展开研究。. 在路由代数理论研究方面，我们提出了一种新颖的代数系统，给出了当贪婪算法用作数据分组的转发机制时，以该算法为核心的路由协议具有可达性的充分必要条件，为节能路由协议的快速设计和正确性验证奠定了理论基础。. 在节能路由协议的性能分析方面，我们分别基于单位圆理想通信模型、对数正态阴影传播模型，首次研究了传感网络中节点与基站之间数据分组的可达性问题，给出了节点传输功率与贪婪算法可达率之间的数量关系，为确定节点最小传输功率奠定了理论基础。. 在节能路由的信任机制方面，我们根据无线传感器网络不同任务的划分，并依据统计学理论中的负二项分布理论，提出了一种新的基于任务的信誉直接更新方法。该方法可以根据不同的任务特性控制传感器节点信誉更新时间以及更新的次数，从而降低传感器节点的计算能耗和其存储开销，更适合于资源受限的无线传感器网络。. 在新型节能路由算法设计方面，我们首先针对无线传感器网络路由协议中存在的能量消耗过快、网络生存周期较短问题，提出一种基于能量消耗速率模型的分簇路由协议。该协议在簇头选举的过程中综合考虑节点能量消耗速率和普通节点到sink节点的距离，达到减少节点能量消耗，均匀传感器网络能量分布的目的。随后，将时间分集策略引入最近提出的机会路由协议，提出了一种新颖的重复数据包可侦测的机会路由协议，从而解决了传统机会路由中重复数据包导致传感器网络性能降低的问题，在更节能、更可靠的前提下，实现了重复数据包可侦测的机会路由以适应不同的应用场景。. 基于上述项目研究成果，我们发表学术论文10余篇，申请国内技术发明专利3项，其中1项已授权。其中在IEEE INFOCOM、IEEE ICNP国际顶峰会议上发表学术论文2篇，在Chinese Science Bulletin、Science China Information Sciences等国内顶级期刊上发表学术论文2篇。