基于加权优化选择两级簇头的WSN路由协议
WSN中基于代价函数的机会路由协议
WSN中基于代价函数的机会路由协议【摘要】本文研究了在无线传感器网络（WSN）中基于代价函数的机会路由协议。
首先介绍了研究背景和研究意义，然后详细阐述了该协议的概念、设计原则和路由选择机制。
接着描述了针对该协议进行的仿真实验，并对其性能进行了评估。
最后总结了研究成果并展望了未来的研究方向。
通过本文的研究，可以更好地理解和应用基于代价函数的机会路由协议来提高无线传感器网络的性能和效率。
【关键词】关键词：WSN（无线传感器网络）、机会路由协议、代价函数、路由选择机制、仿真实验、性能评估、研究总结、未来展望。
1. 引言1.1 研究背景在传统的路由协议中，节点通常选择最短路径或固定路径进行数据传输，忽略了节点之间的无线链路质量和网络拓扑的动态性。
而基于代价函数的机会路由协议可以根据实时的网络状态和链路质量动态选择最优的路由路径，实现了高效的数据传输和能源利用。
研究WSN中基于代价函数的机会路由协议具有重要意义。
通过深入研究和探索，可以提高WSN网络的性能和稳定性，优化能源消耗和数据传输效率，进而推动WSN技术在各个领域的应用发展。
1.2 研究意义基于代价函数的机会路由协议能够根据网络中节点之间的状态和环境条件调整路由路径，从而有效减少数据传输的延迟和能源消耗，提高网络的传输效率和可靠性。
基于代价函数的机会路由协议能够实现路由的动态调整，适应网络中节点运动、信道质量变化等实时情况，提高网络的适应性和灵活性。
基于代价函数的机会路由协议在网络拓扑结构优化、节点间通信质量改善等方面具有独特优势，能够为WSN的性能优化和应用拓展提供重要支持。
研究基于代价函数的机会路由协议在WSN中的应用具有重要的现实意义和学术价值，对WSN网络的发展和应用具有积极的推动作用。
2. 正文2.1 WSN中基于代价函数的机会路由协议的概念WSN中基于代价函数的机会路由协议是一种利用代价函数计算节点之间通信代价，从而实现高效路由选择的协议。
基于ARMA流量预测的WSN非均匀分簇双簇头选择算法
Ｋｅ ｒ ｓ ｗｉ ｌ ｓ ｅ ｓ ｒ ｎ ｔ ｏ ｋ ｏ ｂ ｅ ｃｕ ｔｒｈ ａ ｓ ｒｆ ｃ ｐ ｅ ｉｔ ｎ ｙ ｗｏ ｄ ： ｒ ｅ ｓ ｓ ｎ ｏ ｅｗ ｒ ；ｄ ｕ ｌ ｌｓｅ ｅ ｄ ；ｔ ｆ ｒ ｄ ｃｉ ｅ ａｉ ｏ
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无线传感器网络中的路由协议技术教程
无线传感器网络中的路由协议技术教程无线传感器网络（Wireless Sensor Network，简称WSN）是由大量分布式的无线传感器节点组成的网络，用于实时监测、采集和传输环境信息。
在WSN中，节点之间的通信主要通过路由协议来实现。
路由协议技术是WSN中的关键技术，它决定了网络中数据的传输路径和流量控制方式，直接影响着网络的能效、延迟和可靠性。
在WSN中，路由协议技术有许多不同的分类和应用场景。
本文将从三个方面介绍WSN中常用的路由协议技术：平面协议、层次协议和基于地理信息的协议。
首先，平面协议是WSN中最简单和常见的路由协议技术。
它将所有节点视为平等的，没有特定的节点负责管理整个网络。
这种协议通常基于最短路径算法，如Dijkstra算法和Bellman-Ford算法，根据节点间的距离选择最优路径进行数据传输。
平面协议适用于节点数量较少、网络结构简单的情况。
然而，随着节点数量的增加，平面协议的能效会降低，因为节点之间的通信开销变得过大。
其次，层次协议是为了解决平面协议在大规模网络中的能效问题而提出的。
层次协议将网络划分为多个层次，每个层次由一个或多个节点组成。
其中，每个层次内的节点通过一定的规则进行通信，而不同层次之间的节点通过特定的节点进行交互。
常见的层次协议有LEACH和PEGASIS。
LEACH协议以划分的簇为基础，按照轮次的方式选择簇头节点，由簇头节点负责转发数据。
而PEGASIS协议则采用链式结构，每个节点只与其临近的节点直接通信。
层次协议充分利用了节点之间的空间和能量优势，使得网络能效得到显著提升。
最后，基于地理信息的协议是利用节点位置信息进行路由决策的一种技术。
WSN中的节点通常配备有GPS等定位设备，可以准确获取节点的地理位置。
基于地理信息的协议可以根据节点的位置来选择最优的路由路径，以减少数据传输的能耗。
例如，Greedy Perimeter Stateless Routing （GPSR）协议通过在网络中建立位置簇，选择最近的邻居节点作为下一跳节点，以最短路径转发数据。
基于簇头选举和节点位置优化的wsn分簇路由算法
基于簇头选举和节点位置优化的wsn分簇路由算法1. 引言基于簇头选举和节点位置优化的无线传感器网络（WSN）分簇路由算法是一种在无线传感器网络中用于优化数据传输和能源消耗的技术。
该算法通过选举簇头节点和优化节点位置，在网络中实现高效的数据传输和能源利用。
本文将探讨该算法的原理、实施和应用，并分享我对其中的核心概念的观点和理解。
2. 算法概述基于簇头选举和节点位置优化的WSN分簇路由算法旨在通过构建分层结构，有效地管理大规模无线传感器网络中的节点通信。
该算法分为以下几个步骤：2.1 节点选举在算法运行初始阶段，节点根据预设的选举规则自行竞选成为簇头节点。
选举规则考虑了节点的能量消耗、通信质量和距离基站的距离等因素，优先选择能够提供稳定通信和高能源效率的节点作为簇头。
2.2 簇头选举选举出的簇头节点负责管理该簇内的通信和数据转发。
通过簇头选举，可以减少网络中节点之间的通信负载，提高网络的能源利用率和数据传输效率。
2.3 节点位置优化节点位置优化是该算法的核心概念之一。
通过优化节点位置，可以减少通信距离和能源消耗，从而延长网络的寿命。
优化方法包括节点自行调整位置和利用其他技术手段如机器学习、优化算法等进行位置优化。
3. 实施与应用基于簇头选举和节点位置优化的WSN分簇路由算法在实际应用中广泛被采用。
它可以用于许多领域，如环境监测、智能城市、工业自动化等。
该算法能够实现数据的高效采集和传输，提高系统的能源利用率和网络的稳定性。
4. 个人观点和理解个人认为，基于簇头选举和节点位置优化的WSN分簇路由算法在无线传感器网络中的应用前景非常广阔。
通过选举出高效的簇头节点和优化节点位置，可以实现数据的及时采集和传输，并最大限度地延长网络的寿命。
然而，该算法也存在一些挑战和限制。
节点选举和位置优化涉及到大量的计算和通信开销，需要考虑到网络规模和节点数量的影响。
随着网络规模的增加，簇头节点的负载会增加，从而影响网络的性能和稳定性。
无线传感器网络的路由算法研究
无线传感器网络的路由算法研究1.引言无线传感器网络（Wireless Sensor Network, WSN）由众多具有感知、处理、通信能力的节点组成，可以使用一些预处理技术对节点所感知到的信息进行处理，将数据传送至基站或中继节点，然后提供给用户。
由于节点之间的距离很近，因此WSN具有较高的可靠性和高度的自组织性，同时还具有良好的环境适应性和扩展性。
在无线传感器网络中，路由算法是节点间通信和数据传输的关键，能够直接影响到整个网络的性能。
因此，本文将从以下几个方面阐述无线传感器网络中的路由算法研究。
2.WSN路由算法的概述无线传感器网络中的路由算法包括平面路由、分层路由及基于密集子图的路由等。
平面路由仅在一个平面上进行数据传输，具有简单性高和低延迟等特点。
但由于节点数量的增加，所需通信距离加大，这种算法的拓扑结构不再是平面的，因此平面路由的使用受到限制。
分层路由将节点分层，为每一层节点选择一组通信路径，通过尽量避免要传输的绝对路径的组合数量来提高其质量。
这种算法具有低成本、高效和高度自组织性等优点，但也存在着时延较大、能量消耗较多以及可扩展性差等缺点。
密集子图基础路由算法是一类新型的路由算法，其特点是利用区域中密集子图之间的拓扑关系来实现数据传输，具有成本低、通信时延短、能耗小等优点，但也存在着传输距离较短、网络容量受限等问题。
3.典型的WSN路由算法AODV (Ad-hoc On-demand Distance Vector)，是一种基于距离向量路由算法的路由协议，通过网络中的节点维护着相互之间到目标节点的路由路径信息来查找路由，路由更新的决策基于当前网络拓扑和传输性能的变化，是一种基于反应的路由算法。
LEACH（Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy）是一种分层式路由协议，使用动态聚类技术将WSN中的节点按照簇的方式分成不同的层次结构，并在每一个簇中选择一个簇头以负责聚合本簇中所有节点所上传数据并向基站进行传输，LEACH能有效地降低网络中节点的能耗，保证了整个网络的稳定性以及延长了网络的寿命。
基于改进粒子群优化的WSN均衡能量消耗路由算法
能力有限 ，为 了延长 网络生命 周期 ，需 要优 化其行 为 。基 优簇 ，保证 了能量太 少 的节点不 会充 当簇 头 ，但是 ＣＨ 选
于分簇 的层次路 由是无线传感器 网络 ＷＳＮ 中最有效 的路 由 择仍然 是 任意 的，节点 能 量 消 耗 不 均 匀 ，影 响 了 网 络生
算法 ，原 因是 它基 于 “分而治 之” 的思想 。分簇后 ，簇 头 存 周 期 。
础上发展来 的。分 簇路 由算法 中需 要确定 簇 的形成 、簇 头 Ｌｅａ２ｃ方 法采 用 ＳＯＭ 进 行节 点分 簇 。文献 ［５—７］将 ＰＳＯ
收 稿 日期 ：２０１１—１０—０８； 修订 日期 ：２０１１～１２—２６ 基金项 目：国家 自然科学基金项 目 （４０８７２０８７）；西安石油大学科技创新基金项 目 （２Ｏ１２ＱＮＯＯ６） 作者简介 ：闫效莺 （１９７７一）女 ，山西 阳泉人 ，硕士 ，讲师 ，研究 方向为无线传感器 网络 、计算智能、嵌 入式 系统等 ；程 国建 （１９６４一）男 陕西扶风人 ，ｔｇ￣ ，教授 ，研究方 向为计算智能 、机器学习、云计算等 。Ｅ－ｍａｉｌ：ｘｉａｏｙｉｎｇ ｙ大多数 分簇算 法都 是 随机选择 簇头 ＣＨ，如 Ｌｅａｃｈ采用分布式方法由各节点根 据随机数 自主决
对军事及生活生 态环境 监控 的需要 ，促 使 了无线传 感 定是否当选簇头 ，导致簇 头数 量及 分布不均衡 ；Ｌｅａｃｈ－Ｃ采
器 网络技术 的进一 步发展 。传 感器节 点能量 、计 算 和通信 用集 中方式 ，由 ＢＳ使 用 “模拟退火 ”优化方法寻 找 ｋ个最
摘 要 ：针 对无 线传 感 器 网络 能量 约束 的特 点 ，在 分 析 多种 聚 类 组 合 算 法 性 能 的基 础 上 ，提 出一 种 基 于 节 点 拓 扑 和 能 量 两 类信 ．ｇ－，采 用改进 的 ＳＯＭ＋ＰＳＯ组合聚类算法对 ＷＳＮ 节点 自组织成簇的方法 。为 了均衡 能量消耗 ，避 免远 离基站 的簇过 早 死亡，提 出选择 最优 中继节点的代价 函数 ，进行簇 头一簇头一基站的通信 。仿 真结果表 明，与 已有的基 于 Ｌｅａｃｈ－Ｃ和 Ｌｅａｃｈ 的算法相比 ，该方法在 延长网络生命 周期和 减少能量 消耗 方面有较好 的性能 。 关键词 ：无线传感器网络；分簇；粒子群 ； 自组 织映射 ；中继 中 图 法 分 类 号 ：ＴＰ３９３ 文 献 标识 号 ：Ａ 文 章 编 号 ：１０００—７０２４ （２０１２） １０—３６９２—０５
典型的WSN路由协议
典型的WSN路由协议典型的无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）路由协议有多种，其中包括基于层级结构的协议、基于分簇结构的协议、基于数据中心的协议等。
在以下文本中，我将详细介绍这些典型的WSN路由协议。
一、基于层级结构的协议基于层级结构的WSN路由协议通常将网络节点划分为多个层级，如根节点、中间节点和叶子节点。
这些协议的主要目标是将传感器节点的数据从低层级传输到高层级，从而实现对数据的收集和处理。
1. LEACH（Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy）LEACH是一种基于层级结构的分簇协议，采用随机方式选择簇首。
在LEACH中，各个节点根据能量水平选择成为簇首或普通节点。
簇首节点收集普通节点的数据并进行聚合，然后将聚合结果传输到基站。
2. HEED（Hybrid Energy Efficient Distributed Clustering）HEED是一种能量效率分簇协议，采用分布式方式选择簇首。
在HEED 中，每个节点通过计算能量、距离和节点密度等指标来选择簇首节点。
该协议通过平衡能量消耗和网络负载来延长网络寿命。
二、基于分簇结构的协议基于分簇结构的WSN路由协议将网络节点按照一定的规则划分为不同的簇，以便有效地管理和协调数据传输。
1. PEGASIS（Power-Efficient Gathering in Sensor Information Systems）PEGASIS是一种能量有效的数据收集协议，在不选择簇首的情况下通过链式传输将数据传输到基站。
该协议通过最小化传输功率和距离来延长网络寿命。
2. SEP（Stable Election Protocol）SEP是一种能量稳定的分簇协议，通过轮流的方式选择簇首节点。
在SEP中，每个节点有一个能量阈值，当能量低于阈值时，节点将成为簇首并将其能量转移到其他节点上。
wsn路由协议的分类
wsn路由协议的分类WSN（Wireless Sensor Network，无线传感器网络）是一种特定的无线网络，用于收集和传输环境数据。
在WSN中，多个传感器节点通过无线通信连接到一个中央节点，它们可以在自己的位置上收集环境信息。
WSN可以应用于环境监测、智能家居、工业控制等领域，它们的设计和部署需要考虑多种因素，包括能源消耗、网络传输协议、节点容量等。
在WSN中，路由协议是非常重要的组成部分。
它定义了网络中如何传输数据、如何路由数据和如何维护网络拓扑结构等问题。
下面我们来介绍WSN路由协议的分类。
一、层次路由协议层次路由协议是WSN中最常见的路由协议之一。
它将网络分为多个层次，每个层次由一组节点组成。
每层节点负责收集邻居节点的信息，将信息传递给上一层的节点。
最终将数据从最底层节点传递到中央节点。
层次路由协议具有灵活性和可扩展性，它可以适应大规模、复杂的WSN应用。
除此之外，由于每个节点只需要跟它的邻居节点通信，因此能源消耗比较低，寿命也比较长。
二、平面路由协议平面路由协议是一种比较简单的路由协议，它将所有节点都放在同一平面中。
平面路由协议将网络分为多个区域，每个区域由若干个节点组成。
在网络中，每个节点都有自己的地址，并且知道其周围节点的位置。
平面路由协议的特点是路由路径较短，能够降低网络延迟和能耗。
然而，平面路由协议缺乏对网络拓扑的全局视图，因此可能会导致路由路径不稳定或重复。
三、基于协同过滤的路由协议基于协同过滤的路由协议是一种新型的WSN路由协议。
它主要利用节点之间相似性来建立路由路径。
通过比较节点之间的通信频率和数据传输量，努力找到稳定的、可靠的节点组合。
基于协同过滤的路由协议能够最大程度地减少网络延迟和路由路径的复杂性，同时也能够有效降低能源消耗。
四、地理路由协议地理路由协议是一种基于节点位置的路由协议。
地理路由协议通常是基于两个节点之间的距离来定义路由路径。
具体来说，它使用节点GPS坐标或距离测量来确定节点之间的位置。
WSN协议分类
WSN的路由协议分类2011年11月07日14:03 来源：本站整理作者：秩名我要评论(0) 目前国内外科研人员已设计了多种面向WSN的路由协议，将其分为四类：以数据为中心的、分层次的、基于位置的、基于数据流模型和服务质量（QoS）要求的。
（1）以数据为中心的路由协议此类路由协议是基于查询和目标数据命名之上的，通过数据融合减少冗余的数据传输。
①Flooding协议和Gossiping协议：这是两个最经典和简单的传统网络路由协议，在Flooding协议中，节点产生或收到数据后向所有邻节点广播，数据包直到过期或到达目的地才停止传播。
该协议具有严重缺陷：内爆（implosiON），节点几乎同时从邻节点收到多份相同数据；交叠（overlap），节点先后收到监控同一区域的多个节点发送的几乎相同的数据；资源利用盲目（resource blindness），节点不考虑自身资源限制，在任何情况下都转发数据。
Gossiping协议是对Flooding协议的改进，节点将产生或收到的数据随机转发，避免了内爆，但增加了时延。
这两个协议不需要维护路由信息，也不需要任何算法，简单但扩展性很差。
②SPIN协议：SPIN（sensor protocols for inf°rmatlon vla negotiation）协议节点利用三种消息进行通信：数据描述ADV、数据请求REQ和数据DATA。
该协议以抽象的元数据对数据进行命名，命名方式没有统一标准。
节点产生或收到数据后，用包含元数据的ADV 消息向邻节点通告，需要数据的邻节点用REQ消息提出请求，然后将DATA消息发送到请求节点。
该协议的优点是ADV消息减轻了内爆问题；通过数据命名解决了交叠问题；节点根据自身资源和应用信息决定是否进行ADV通告，避免了资源利用盲目问题；与Flooding 协议和Gossiping协议相比，有效地节约了能量。
其缺陷是：SPIN的广播机制不能保证数据的可靠传送，当产生或收到数据的节点的所有邻节点都不需要该数据时，将导致数据不能继续转发，以致较远节点无法得到数据；而当某sink点对任何数据都需要时，其周围节点的能量容易耗尽。
第8讲WSN路由协议精品PPT课件
2021/2/1
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8.2 性能指标及设计原则
1.需要综合考虑下列性能指标：
能量有效性及网络生命周期
可扩展性 为了适应网络拓扑的动态变化、实现大量节点的协同工作
容错性 由于外界环境的影响、敌方的恶意破坏以及节点自身能量
耗尽等因素，常常导致部分传感器节点失效。
2021/2/1
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快速收敛
收敛是指所有担当路由器的节点在判断最佳 路径时信息更新达到一致的过程。收敛慢的 路由算法可能会导致路径循环或网络中断。
❖ 缺点：SPIN 协议中有可能会出现数据盲点。而且 当网络规模较大时，仍然会出现ADV消息的内爆问 题。
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（4）Directed Diffusion 协议
❖ Directed Diffusion是以数据为中心、查询驱动的路 由协议。
❖ 分为三个阶段： 兴趣（interest）扩散阶段、 梯度(gradient)建立阶段、 路径加强阶段。
基于 位置 路由 协议
基于 QoS 路由 协议
图2.1 无线传感器网络路由协议分类
2021/2/1
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❖ 层次路由协议的基本思想是：将网络节点进 行分簇，其拓扑结构是层次型的，每簇由一 个簇头节点及若干簇成员节点组成。簇头节 点担任各簇的数据收集、处理和转发任务。
❖ 层次路由通过分簇提高了网络可扩展性，降 低了节点能耗，延长了网络生命周期。
➢ 簇的建立阶段又包括簇头的选举以及簇的形成这 两部分。
➢ 稳定的数据传输阶段结束后，即进入下一“轮”的 簇的建立阶段，整个网络开始下一“轮”的工作周 期。
➢ LEACH协议将传感器节点划分成不同的簇，每簇选 举一个节点为簇头，其余节点为簇内节点。簇内节 点将数据发送给本簇的簇头节点，簇头节点收集簇 内信息进行数据处理后再发送给sink节点。
WSN(路由协议)
• 定向扩散最大的特点是引入梯度的概念，优势在于扩
散过程中能够根据经验选取较好的路径以实现节能。
使用查询机制按需建立路由，避免了保存全网信息。 适用于持续性查询的应用，而不适用于一次性查询应 用。
谣传路由
• 在有些数据传输量较小的无线传感器网络应用中，如
果采用定向扩散路由，需要经过查询消息的泛洪传播
定向扩散路由
• Directed Diffusion for Wireless Sensor Networking • 汇聚节点将查询任务封装成兴趣消息（Interest）的形 式，采用泛洪方式传播兴趣消息到其他节点，兴趣消息 用来表达用户对监控区域内感兴趣的信息，例如监控区 域内的温度、湿度和光照等环境信息。在兴趣消息的传 输过程中，协议逐跳地在每个节点上建立反向的从数据 源到汇聚节点的数据传输梯度。节点将采集到的数据沿 着梯度方向传送到汇聚节点。
泛洪式（Flooding）路由协议
Flooding一种古老的协议。没有任何路由算法，不需 要维护网络的拓扑结构和路由计算，接收到消息的节 点以广播形式转发数据包给所有的邻节点。每一个相
邻节点又将其传输给各自的每一个邻居节点，一直到
将数据传输给目标节点为止，或者为该数据所设定的 生存期限变为0为止。
A
A
A
A
B节点融合新数据，并通过 ADV发布新数据消息
SPIN协议评价
优点
部分解决了内爆和重叠问题 不需要进行路由维护 对网络拓扑变化不敏感，可用于移动WSN
缺点
本质上SPIN还是向全网扩散新消息，开销比较大
SPIN协议族（Protocol Family）
SPIN-PP
For networks using point-to-point transmission media Ideal conditions assumed with no packet loss
基于最佳簇数和局部能量最优的WSN分簇算法
１ 基 于最 佳 分 簇 数 的和 局 部 能 量 最 优 的分 簇 算 法
１１ 网络 模 型 ．
收稿 日期 ：０ １ ０ — ２ 修 稿 日期 ：０ １ Ｏ — ２ ２ １－ ４ ２ ２ １一 ５ ２
作 者 简介 ： 陈琛 （９７ ） 男 ， 士研 究 生 ， 究 方 向 为 无 线 传 感 器 与 模 式 识 别 １７ 一 ， 硕 研
基于最佳簇数 和局 部能量最优 的 ＷＳ Ｎ分簇算法
陈 琛 ． 贾振红
（ 新疆 大 学信 息 科学 与工 程学 院 ， 鲁 木 齐 ８ ０ ４ ） 乌 ３ ０６ 摘 要 ：无 线传 感 器 网络 的 分簇 以及 能 量 消耗 模 型是 决定 整 个 网络 的生 存 周 期 等 指 标 的关 键 因 素 通 过 网 络 节 点 分 布 的 最佳 分簇 算 法 和 基 于各 分 簇 内 节 点 剩 余 能 量 的局 部 能 量 消耗 最 优 模
点的能量损耗速度 、 提高整个 网络 的工作 时限 。 在节点
能 量 已定 的情 况 下 ．最 佳 途 径 是 通 过 优 化 整 个 网 络 的
取最佳 的分簇 ．并在此基础上按照局部 能量消耗最低 的原则在簇 内选择簇首 ．使分簇和簇首 的选 择更加合 理 ． 而降低 网络整体 的节点能量 消耗 速度 ． 从 提高整个 网络运行 的稳定性 、 延长 网络最大生存周期 。
关 键 词 ： 线 传 感 器 网络 ；最 佳 分 簇 ； 部 能 量 损 耗 ； Ｅ 无 局 ＭＬ ＣＣ
０ 引
言
有 良好 的性 能 ．但 是因为其簇首数 目是依 据经验值计 算选 取 ， 首的分 布和选择也 具有 随机性 ， 簇 节点 分簇 、 能量 消耗 的合理性和均衡性往往并不理想 为 了弥补
wsn路由协议的分类
WSN路由协议的分类1. 引言•定义：无线传感器网络（Wireless Sensor Network，简称WSN）是由许多通过无线通信方式互联的传感器节点组成的网络。
•目的：WSN主要用于收集和传输关于环境或目标的信息，以供监测、控制和决策等应用领域使用。
2. WSN路由协议的重要性•路由协议：WSN中的路由协议负责确定数据在网络中的传输路径，对于提高网络的可靠性、扩展性和能效性至关重要。
•挑战：WSN具有节点间通信距离有限、能量有限、网络拓扑不稳定等特点，因此需要设计适应这些特点的路由协议。
3. WSN路由协议的分类方法•根据网络结构：分为扁平式和分层式路由协议。
•根据网络处理方式：分为集中式和分散式路由协议。
•根据网络目标：分为数据传输型和事件传输型路由协议。
3.1 扁平式和分层式路由协议3.1.1 扁平式路由协议•特点：所有节点在网络中具有相同的地位，没有严格的等级关系。
•优点：简化了路由计算，适用于规模较小的网络。
•缺点：缺乏网络容错能力，不适合大规模网络。
3.1.2 分层式路由协议•特点：将网络分为不同的层次，每个层次的节点具有不同的功能和地位。
•优点：提供了更好的容错性和可扩展性，适用于大规模网络。
•缺点：引入了额外的开销，增加了路由计算的复杂度。
3.2 集中式和分散式路由协议3.2.1 集中式路由协议•特点：网络中存在一个特定节点（通常是基站或网关节点）负责路由计算。
•优点：能够集中管理网络，减少路由计算的复杂度。
•缺点：单点故障问题，容易造成网络的不稳定。
3.2.2 分散式路由协议•特点：每个节点都能够独立地进行路由计算和决策。
•优点：具有良好的容错性和自适应性。
•缺点：路由计算的复杂度较高，对节点能力要求较高。
3.3 数据传输型和事件传输型路由协议3.3.1 数据传输型路由协议•目标：主要关注数据的传输，将传感器节点采集的数据传输到指定的目的地。
•特点：适合监测、数据采集等应用。
基于PEGASIS的改进型WSN路由协议
ｐａｒｅ．Ｔｈｉｓ Байду номын сангаасｅｔｈｏｄ ｈｅｌｐｓ ｅｎｈａｎｃｅ ｎｅｔｗｏｒｋ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ ｂｙ
ｒｅｄｕｃｉｎｇ ｔｈｅ ｉｎｍｒ－ｎｏｄａｌ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｄｉｓｔａｎｃｅｓ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｈａｓ ａ ｈｉｌｇｈｅｒ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆｅｎｅｒｇｙ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ．
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节点接收数据所消耗的能量由式（２）计算
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式（１）、式（２）中的参数设置如下： 七：数据包大小，取Ｉｃ＝５１２
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Ｅｋ：收发电路的功耗，取ｔ．。＝５０ ％：自由空间衰减参数，取％－－１２
【１】陈本理，谭永东，余韬．基于簇的传感器网络路由算法研究【Ｊ】． 传感器世界，２００６，１０（１２）：３０—３４． 【２】Ｌｉｎｄｓｅｙ Ｓ，Ｒａｇｈａｖｅｎｄｒａ Ｃ Ｓ．Ｐｅｇａｓｉｓ：Ｐｏｗｅｒ－ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｇａｔｈｅｒｉｎｇ ｉｎ
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信。而且通过两层链式的结构，延长了网络第１个节点失效 的时间，提高了网络能量利用率。但是，首先ＥＣＲ算法中每 个节点都需要知道自己在哪个区域，其次每个带状区内的节 点都需要知道该Ⅸ域内其他节点的位置信息。这就要求节点 安装测知地理位置的设备，而目前这种设备（如ＧＰＳ等）价格 昂贵，不适合大量且不回收的ＷＳＮ节点。 对ＰＥＧＡＳＩＳ算法进行仿真分析得出：节点密度不变，区 域范围变大，节点的平均能耗变大。 通过以上分析町知网络的通信能耗随基于地理特性的分 组组数Ｎ增大而减小，也就是说，基于地理特性的分组成链 的新型算法——节点分区成链型ＰＥＧＡＳＩＳ算法 （Ｄ．ＰＥＧＡＳＩＳ），不光能解决成网后期容易出现下跳的节点的 距离较远的问题，减少节点造价，还可以有效地减小通信 能耗。
WSN 路由协议介绍
1．1 协议分类
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划分路由协议种类有不同的标准。按是否需要外界辅助的地理信息准则，可划分为基 于地理位置信息的协议和非基于地理位置信息的协议；按照网络中数据发送模式，路 由机制可以相应地采用适合周期性地发送数据连续模式、事件驱动模式、请求驱动模 式、事件驱动和请求驱动混合模式的协议；按照网络路由是否动态生成，可划分为表 驱动路由协议和按需路由协议等。下面介绍各个协议的工作方式。 SPIN 采用广告、请求、数据三种消息类型。节点A 在发送DATA 数据包之前，会对外 采用泛洪方式广播ADV 包，若某个节点B 希望接受要传来的数据，向A 回复REQ 数据 包。A 将向B 发送数据包。GPSR 对节点位置进行了统一编址。选择邻居节点中离数 据包目的节点更近的点作为转发节点。当数据到达没有比当前节点更接近目的节点的 区域（空洞），数据无法传输。可利用平面图解决空洞问题。 DIRECTED DIFFUSION 路由过程分为请求、梯度建立和路径加强三阶段。请求含有 目标区域、数据发送速率等参数。节点接收到请求后，若当前请求缓存中没有相同的 请求记录，加入新记录。记录中包含了相邻节点数据发送率，称“梯度”。当请求扩 散整个网络后，选择“梯度”最大的路径将反向把数据快速路由。模拟过程如图1 所示 GEAR 发出请求后，数据扩散过程包括目标域传送和域内传送。若在目标区域传输遇 到空洞现象，则根据开销函数选择开销最小的邻居作为下一跳节点。在域内传送阶段， 主要是通过两种方式（泛洪、区域递归）使数据在域内扩散。LEACH 随机选择簇头， 普通节点按接收到信号强弱加入簇层。簇层内节点单跳与簇头通讯，簇头与汇聚节点 通讯。TEEN 划分出多级簇层结构。子簇头单跳和父簇头通讯。PEGASIS 在网络中节 点中采用算法构造一个数据链，各个节点向靠近唯一网络簇头的邻居发送、接收其他 节点传来的数据。
WSN中基于分簇的改进路由协议
３ 簇的形成
３１ 簇首选举 ．
选举方法采取 Ｌ Ａ Ｈ 协议的方法 ：每个节点随机产生 Ｅ Ｃ
Ｉ ｐｒ ｖ ｄ Ｒｏ ｔｎ ｏ ｏ ｏ ｓ ｄ ０ ｕ ｔ ｒ ｎ Ｓ ｍ ｏ ｅ ｕ ｉ ｇ Ｐｒ ｔ ｃ ｌ Ｂａ ｅ ｎ Ｃｌ ｓｅ ｉ ｇ ｉ Ｗ Ｎ ｎ
ＨＡＮ ａ － ｉ ｎ ． Ｕ ｕ Ｗ ｎ ｑａ ｇ Ｌ１ Ｙ ｎ
（． ｅ ａｏａｏｙｏ Ｃｏ １ Ｋ ｙＬ ｂ ｒｔｒ ｆ ｍｍｕ ｉａｉｎａ ｄＩｆｒ ｔ ｎＳ ｓ ｍ， ｅ ｉｇＭｕ ｉｉａ Ｃ ｍｍｉ ｉｎｏ Ｅ ｕａｉｎ Ｂｅ ｉｇＪ ｏｏ ｇＵｎｖｒｉ ， ｎｃｔ ｎ ｎｏｍａｉ ｙｔ Ｂ ｉｎ ｎｃｐｌ ｏ ｏ ｏ ｅ ｊ ｓ ｏ ｆ ｄ ｃｔ ， ｉｎ ｉ ｔｎ ｉｅｓｙ ｓ ｏ ｊ ａ ｔ
［ ｙｗ ｒ ｓ ｏ ｔ ｇｐｏｏ ｏ；ｌｓ ｒ ｅｄｒＷｉ ｌｓ ｅ ｓｒ ｔ ｏｋＷＳ ；ｌｓ ｒ ｇ ｒｓ ｅ ｔ ｎ ｒｙ Ｍａ ａ ｍｕａｉｎ Ｋｅ ｏ ｄ ］ｒｕｉ ｒｔｃ ｌｃｕｔ ａ ｅ； ｒ ｅｓ ｎｏ ｗ ｒ（ Ｎ）ｃ ｔ ｉ ；ｅｉ ｎｉ ｅｅｇ ； ｔ ｂｓ ｌｔ ｎ ｅｈ ｅ Ｓ Ｎｅ ｕ ｅｎ ｄ ａ ｌ ｌ ｉ ｏ Ｄ０Ｉ １ ．９ ９ ．ｓ．０ ０３ ２ ．０ ２０ ．３ ： ０３ ６ ／ｉ ｎ１０ —４ ８２ １．５０ １ ｊｓ
能 量以及节点到基站 的距离选举簇 首 ， 依据接收信 号强度确定簇成员节点 ，并且成簇规模 不得超 过最大成员数。采用在簇首与基站之 间建 立 多跳路 由树 的方法 ，向基站 发送数 据。仿 真结果证明 ，改进协议能均衡 网络 负载 ，提高 网络运行 周期 。
基于最优化的能耗均衡分簇路由协议
收稿日期：2019-07-04基金项目：上海市重点科技攻关基金项目（145****7902）作者简介：赵东方（1994-），男，上海理工大学光电信息与计算机工程学院硕士研究生，研究方向为无线传感器网络；施伟斌（1967-），男，博士，上海理工大学光电信息与计算机工程学院副教授、硕士生导师，研究方向为无线传感器网络协议及应用。
0引言无线传感器网络（WSN ）广泛应用于医疗保健、污染监测和目标跟踪系统等领域［1］。
WSN 由大量节点组成，其计算、传感和无线通信能力有限，能效是一个重要问题，直接影响到WSN 的网络寿命［2］。
与非聚类协议相比，聚类通常可以减少冲突和空闲侦听造成的能量耗散。
因为在每个集群中，簇首都会为每个节点分配一个独占的时间槽，从而避免冲突。
此外，节点不需要在每个时分多址（TDMA ）帧中保持清醒，只需要在其特定的时隙中保持清醒［3］。
因此，集群是延长WSN 网络生存期的常用策略。
为解决WSN 中能量均衡高效问题，Heinzelman 等［4］提出了最早的分簇路由协议。
该协议充分利用数据融合技术，是分簇路由协议的代表；HEED ［5］协议采用迭代的方式选取簇首，并考虑了节点的剩余能量、通信代价和网络中簇首的分布，避免能量少的节点过早死亡，延长了网络生存时间；李成法等［6］提出EEUC 协议，将网络组织成大小非均匀的簇，以解决多跳路由传感器网络中常见的“热区”问题，但未说明多跳路由路径的建立过程；黄利晓等［7］提出通过加入间距因子、剩余能量因子和节点密度因子改进簇首选择概率函数的阈值计算式，综合考虑节点剩余能量和地理位置选择簇首，取得了一些改进效果；胡源等［8］通过对监测区域的等间距环形划分和等夹角扇形划分，选择同一扇形区域内的下一跳节点以保证源节点与基站的通信距离最短；UCF ［9］协议提出一种基于模糊逻辑的不等聚类方法，改进了非均匀成簇的半径确定，进一步均衡了簇间通信；Peyman Neamatollahi 等［10］提出了一种基于动态超循环策略基于最优化的能耗均衡分簇路由协议赵东方，施伟斌（上海理工大学光电信息与计算机工程学院，上海200093）摘要：为了均衡传统分簇路由算法中的簇间传输能耗，减少簇首更换开销，提出基于最优化模型的能耗均衡分簇路由协议opt_leach 。
WSN中基于代价函数的机会路由协议
WSN中基于代价函数的机会路由协议
无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）是由大量的低能耗、分布式的无线传感器节点组成的网络系统，用于收集环境中的信息并将其传输到数据处理中心。
在WSN中，传感器节点通常是由有限的资源，如能量、计算能力和通信带宽。
机会路由协议（Opportunistic Routing Protocol）是指传感器节点在不确定节点之间的可靠连接时，通过选择机会节点进行数据传输的一种路由协议。
机会路由协议的核心思想是基于数据包的传输机会，而不是单一的最佳路径选择。
基于代价函数的机会路由协议是一种根据节点之间的代价计算进行数据包传输的机会路由协议。
每个节点根据邻居节点的代价值来选择最佳的机会节点，并将数据包传输到该节点，最终传输到目的地节点。
代价函数的选择对基于代价函数的机会路由协议的性能有重要影响。
一般来说，代价函数越小表示节点之间的传输代价越小，选择代价函数较小的机会节点更有可能提高数据包的传输效率。
除了代价函数的选择，基于代价函数的机会路由协议还需要考虑其他因素，如网络拓扑结构、能量消耗、时延等。
在设计基于代价函数的机会路由协议时，需要全面考虑这些因素，并进行合理的折衷和权衡。