无线传感器网络中基于势能场的多策略路由协议

自组织路由协议是无线传感器网络研究领域的一个基本课题。目前已有的多数典型路由算法在实现寻址这一基本功能的前提下，通过优化路由协议的能耗来延长网络生命周期，对于资源受限的网络节点无疑是有针对性的，但片面强调低功耗的设计目标则会限制路由协议提供其他附属功能。为突破这一固有认识与理解，在本项目中，我们结合传感器网络中流量分布的向心性特点，借鉴物理学中势能场的概念与机理，提出一种开放的路由协议实现框架，利用不同的网络参数构造不同的"虚拟势能场"，叠加后形成的复合势能场将驱动数据分组沿着势场梯度变化最快的方向移动，一方面可以最终将网络中的数据分组汇聚于Sink节点，实现路由协议的基本功能；同时，在动态时变"虚拟势能场"的调节下，还可以为路由协议附加各种有利于实现其他优化目标的品质与属性，如能耗均衡、拥塞避免、支持服务质量保障和利于数据聚合等，在无线传感器网络中实现多策略路由。

无线传感器网络（WSN）中监测节点一般是向sink节点汇聚数据，导致业务模式和流量分布呈现高度的多对一向心特征。受水滴沿荷叶表面不同轨迹滑落这一自然现象的启发，借鉴物理学中势能场概念，利用网络和负载状态变量构建虚拟势能场，使分组在“作用力”的驱动下，沿期望路径向Sink节点“运动”。由此,提出了虚拟势能驱动的多策略路由协议设计框架，可按需选择适当的网络参数，定义不同属性的虚拟势能场，为不同流量管理任务实现不同的策略路由协议。基于势能场的路由协议有两个特点非常适合WSN特点的：(1)数据分组“多对一”的向心性只需要在网络中为路由协议实现维护统一虚拟势能场；(2)无需全局网络拓扑结构与状态参数的分布式路由协议具有较小的实现开销与较好的可扩展性。利用这一基本机理，本项目研究得到了一组势能路由协议，在实现基本路由功能的同时可协助完成能耗均衡、拥塞控制、数据聚合、实时传输、异构无线干扰规避和QoS保证等流量管理任务。发表学术论文28篇，其中SCI论文12篇，IEEE/ACM Trans. 7篇，IEEE/ACM重要国际会议 INFOCOM、ICDCS、MSWiM等6篇，申请专利5项。获得国家自然科学二等奖和中国电子学会电子信息科学技术一等奖各1项。