● 摘要
无线多媒体传感器网络(Wireless Multimedia Sensor Networks,WMSNs)是由大量具有自我数据感知、数据存储计算和数据通讯能力的多媒体传感器节点通过多跳自组织方式构成的分布式网络系统。WMSNs因其广阔的应用前景，吸引着国内外众多学者从事该领域的研究。由于WMSNs的各项资源及部署环境受限，因此，以最大化网络能效与保障数据可靠、高效传输为前提的路由研究成为WMSNs研究的热点。但是综合考虑网络寿命、可靠、时延、丢包率等多约束条件的路由选择已被证明属于NP难问题。同样多约束条件下的最优化路由选择算法更是难以解决的问题，如何采用数学理论逼近最优路由选择，对WMSNs的研究有着重要的理论意义和实用价值。
??? WMSNs中节点的计算能力和存储能力非常有限，所以要求在传输大数据量媒体信息时设计的路由协议要尽可能节约能量消耗。通常是从节点的软、硬件方面进行改进和提高。例如：通过采用大容量电池或者利用太阳能来给电池充电；或通过节点唤醒、休眠机制调度节点工作状态等。因此，设计一个高效的、可以均衡网络能量消耗的路由协议是WMSNs能否快速应用于生活之中迫切需要解决的关键问题之一。
本文对WMSNs能量均衡路由算法进行了研究，主要工作如下：
(1)????? 对WMSNs及其研究现状和应用进行了综述，同时对基于能量的传感网路由协议进行了分类和比较，并指出这些路由协议尚待解决的问题。
(2)????? 对基于地理位置路由算法GPSR算法的描述和分析，通过改进对节点的前向区域划分和下一跳节点的随机选择方式，提出了新的路由算法IGPSR-1和IGPSR-2。实验仿真结果表明，本文提出的IGPSR-1、IGPSR-2新算法与经典的GPSR路由算法相比，明显延长了网络的生命周期，使网络能量消耗更加均衡。
(3)????? 为了更好的均衡网络能量，综合考虑节点的剩余能量、节点的二跳邻居节点的个数、转发节点到sink节点的距离等参数，有效的避免了泛洪带来的额外能量消耗。如果前向子区域内节点选择出现路由空洞，间接GPSR周边转发模式灵活的进行绕洞。改进的算法能有效避免节点因负载过重而过早死亡，使路由具有较高的稳定性和较低的负载平衡。
(4)????? WMSNs中如果仅仅利用单条链路进行数据接收与转发，这种机制在面对网络攻击或者其它灾害时往往是不能够及时地进行信息反馈和缓解拥塞问题；并且在单条路径上传输大数据量媒体信息很容易使链路上参与转发的节点能量较早耗尽，使网络出现路由空洞；再者WMSNs要均衡节点能量和延长网络寿命，不仅关心单个节点的能量消耗，而且更加关注整个网络能量的消耗。针对以上问题，对经典的GPSR算法和提出的IGPSR-1、IGPSR-2算法进行了扩展，通过引入多路径数据转发和可靠性约束机制，提出了适用WMSNs的多路径路由算法MIGPSR，实验仿真结果表明，该算法明显提高了数据可靠传输，并且极大地降低了网络的容错性。
通过仿真实验，在相同网络拓扑下，分别对改进的IGPSR-1算法和IGPSR-2算法和扩展IMGPSR-1算法和IMGPSR-2算法在网络生命周期、路由平均跳数、网络能量消耗均衡性、路由路径总条数以及不同可靠性要求下与GPSR算法进行了比较。实验结果表明改进的和扩展后的路由算法较GPSR能更好地均衡网络能耗和延长网络寿命，更适于WMSNs长期、可靠、高效地完成数据传输任务。