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无线传感器网络的随机部署、自组织、环境适应等特点使其在军事、环境、医疗、工业和其他领域有广阔的应用前景和很高的应用价值。工业无线传感器网络是无线传感器网络在工业中的具体应用,它在保留了无线传感器网络基本特性的同时,对其进行改良使之更适应复杂多变的工业现场环境,具有抗干扰能力强、能耗低、通信实时性好等技术特征。目前,在工业无线传感器网络中对于QoS保障机制的需求越来越迫切,而其中,有关网络层的QoS保障研究(即QoS路由算法或协议研究)受到的关注最多,相关研究也最深入广泛。
目前,已经提出的基于QoS的路由协议在维护报文传输可靠性和网络能量消耗方面存在问题。针对工业无线传感器网络的特点,以及其对QoS最主要的两个要求一可靠性和节能性,提出了一种高可靠性低能耗的多路径路由协议(REMR),该协议以地址为中心,利用多路径路由方式、端到端可靠传输机制和负载均衡,实现数据的可靠传输以及能源的有效利用。
首先,对可靠性和节能性的QoS机制进行了分析,结合这两种机制提出了一种基于遗传算法的QoS路由算法,并进行了仿真实现。在可靠性方面,分析了端到端可靠性相对于点到点可靠性维护机制的优点,以及其对于工业无线传感器网络的适用性,实现了端到端可靠传输机制。在节能性方面,从负载均衡和路由信息捎带技术两方面进行了分析与实现。
REMR路由协议主要分为路由发现和路由维护两部分主要内容。在路由发现部分,提出了邻居质量估计算法,通过图路由与代理路由相结合的方式,进行邻居发现与路由建立,实验结果表明REMR路由协议能够在少量增加网络资源开销的前提下,有效地降低报文丢失率和网络能耗,延长网络生存时间。
在路.由维护部分,提出了一种基于双向多路径的快速路由维护机制,通过网关和节点双向检测,主辅路径相互维护的方式,提升了路由维护速度,保证了路径检测的可靠性。实验结果表明双向多路径快速路由维护机制能够在少量增加网络能耗的前提下,有效地改善路由维护时间和路由维护准确率等网络性能。