无线传感器网络中的路由技术
无线传感器网络应用技术综述
无线传感器网络应用技术综述摘要：传感器被越来越多地布置到实际的网络环境中，用于实现某些应用。
无线传感器网络已经成为了科学研究领域最前沿的课题之一，引起了工业界和学术界众多研究者的关注。
通过总结相关方面的工作，综述在不同领域中无线传感器网络的实际应用，并对具体应用的一些重要特性进行分析，在此基础上提出若干值得继续研究的方面。
关键词：无线传感器；网络应用一、无线传感器网络简介随着微机电系统的迅速发展，片上系统SoC(System on Chip)得以实现，一块小小的芯片可以传递逻辑指令，感知现实世界，乃至做出反应。
无线传感器网络WSN(Wireless Sensor Network)，这一由大量具有片上微处理能力的微型传感器节点组成的网络，引起了工业界和学术界众多研究者的关注。
传统的传感器网络通常由两种节点：传感器节点(sensor)和接收器节点(sink)组成。
传感器节点负责对事件的感知和数据包的传输；接收器节点则是数据传输的目标节点，一般具有人机交互界面，并可以接入其它类型的网络体系。
传感器网络以其低成本、低功耗的特点，在军事、环境监测、医疗健康等领域都有着广泛的应用。
在本文中，对大量现有无线传感器和无线传感器网络的应用进行分析，从节点移动性、节点互联方式、网络数据规模、网络分层结构等方面进行分析和比较。
并在此基础上，提出若干值得继续研究的方面，为挖掘传感器网络新的应用打下基础。
二、无线传感器网络的特点目前常见的无线网络包括移动通信网、无线局域网、蓝牙网络、ad hoc网络等，与这些网络相比，无线传感器网络具有以下特点：（1）硬件资源有限。
节点由于受价格、体积和功耗的限制，其计算能力、程序空间和内存空间比普通的计算机功能要弱很多。
这一点决定了在节点操作系统设计中，协议层次不能太复杂。
（2）电源容量有限。
网络节点由电池供电，电池的容量一般不是很大。
任何技术和协议的使用都要以节能为前提。
（3）自组织。
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。
无线传感器网络关键技术及特点
启发式的节点唤醒和休眠机制。
（2） 时间同步
时间同步是需要协同工作的无线传感器网络系统 的一个关键机制。
不同晶体的振荡频率不完全相同，随着时间的推 移，时间会出现偏差。
特定的应用中，传感器节点需要彼此合作才能完 成任务，需要实现时间同步。
（3） 定位技术
位置信息是传感器节点采集数据中不可缺 少的部分，没有位置信息的监测消息通常 毫无意义。 无线传感器网络定位通常会使用三边测量 法、三角测量法或极大似然估计法确定节 点位置。根据定位过程中是否实际测量节 点间的距离或角度，把无线传感器网络中 的定位分类为基于距离的定位和与距离无 关的定位。
传感器网络关键技术 （1） 拓扑控制
拓扑控制是无线传感器网络研究的核心技术之一。 拓扑控制是指在满足区域覆盖度和网络联通度的条件下， 通过节点发射功率的控制和网络关键节点的选择，删掉不 必要的链路，生成一个高效的网络拓扑结构，以提高整个 网络的工作效率，延长网络的生命周期。 拓扑控制自动生成的良好的网络拓扑结构，能够提高路由 协议和MAC协议的效率，可为数据融合、时间同步和目标 定位等方面奠定基础，有利于节省节点的能量来延长网络 的生存期。
（4） 网络安全
WSN安全问题是信息机密性、数据产生的可靠性、数据融 合的高效性以及数据传输的安全性。 安全机制：机密性、点到点的消息认证、完整性鉴别、新 鲜性、认证广播和安全管理。水印技术 由于节点处理能力、计算能力的限制，安全性与普通网络 有很大区别，也是无线传感器网络安全的主要挑战； 另外，无线传感器网络任务的协作特性和路由的局部特性 使节点之间存在安全耦合，单个节点的安全泄漏必然威胁 网络的安全， 所以在考虑安全算法的时候要尽量减小这 种耦合性。
无线传感器网络的路由协议
路由协议概述
无线传感器网络的路由协议主要任务是确保数据由 源节点准确高效地传输到目的节点，即寻找数据的 最优路径以及沿最优路径发送数据。
能耗：WSN中，路由协议的制定受能耗的限制。 ◆邻居发现过程：邻居节点间交换信息会消耗能量，交换数据越 大，能耗越大。 ◆处理过程：数据传输过程的计算和通信会消耗能量，通信的能 耗大于计算。
能量感知路由
能量多径路由
主要过程
路径建立 建立从源节点 到目的节点的多 条路径 计算出各条路 径的选择概率
数据传输
对于接收到的 每组数据，节点 根据概率从所有 下一跳节点中选 择一个节点
路由维护
周期性从目的 节点到源节点进 行洪泛查询以维 护路径的有效性 和活跃性
能量感知路由
能量多径路由
路径建立具体过程
缺点
➢节点硬件需要支持射频功率自适应调整； ➢无法保证簇头节点能遍及整个网络； ➢分簇与簇头选举 要公平
分层路由协议
PEGASIS协议
◆PEGASIS协议是对于LEACH的一种改进，节点间不再组成簇，而 是组成链 ◆PEGASIS协议基本原理：
1.假定传感器节点是同构和相对静止的 2.节点通过发送能量递减的测试信号，确定相邻节点的位置 3.进而了解网络的全局信息 4.节点选择其最近的邻居作为链上的下一跳 5.节点只需维护自己上一跳和下一跳的邻居信息
分层路由协议
LEACH协议
网络按照周期工作，每个周期分为两个阶段：
◆簇头建立阶段： 节点运行算法，确定本次自己是否成为簇头（选簇）； 簇头节点广播自己成为簇头的事实； 其他非簇头节点按照信号强弱选择应该加入的簇头，并通知该
簇头节点； 簇头节点按照TDMA的调度，给依附于他的节点分配时隙；
无线传感器网络技术的使用注意事项及应用方法
无线传感器网络技术的使用注意事项及应用方法无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）是指由大量分散布置的无线传感器节点组成，通过无线通信技术进行数据收集、传输和处理的网络系统。
它具有布点灵活、无线通信、自组织、自适应等特点，广泛应用于农业、环境监测、工业控制、智能交通等领域。
然而，WSN的正确使用至关重要。
本文将介绍无线传感器网络技术的使用注意事项及应用方法。
一、使用注意事项1. 能量管理：WSN中的传感器节点通常由可充电或不可充电电池供电，能量是其关键资源。
因此，在设计和部署时，应注重节点能量的管理，包括优化功耗、合理规划能量消耗、实施节能机制等。
2. 网络拓扑结构：合理的网络拓扑结构对于WSN的性能和可靠性至关重要。
应根据实际需求选择适当的拓扑结构，例如星型、网状等，同时要注意节点的布局和距离，以确保网络覆盖范围和通信质量。
3. 路由协议选择：WSN中的传感器节点通常运行在资源受限的环境中，不同的应用对网络延迟、能耗和可靠性等方面的要求不同。
因此，在选择路由协议时，应根据应用需求选择合适的协议，如LEACH、SPIN等。
4. 安全与隐私保护：WSN中的数据传输通常包含敏感信息，如温度、湿度等监测数据，因此，安全和隐私保护是十分重要的。
采取加密、鉴权等安全机制来保护传感器节点的数据和通信过程是必不可少的。
5. 数据质量和处理：在WSN中，数据质量和处理是决定应用效果的重要因素。
应注意传感器节点的校准、校正和数据处理方法，以确保获得准确、可靠的数据结果。
二、应用方法1. 环境监测应用：WSN可应用于环境监测领域，如大气质量监测、水质检测等。
在部署时，应根据监测范围和监测点的密度合理选择传感器节点的数量和位置，同时注意传感器节点的灵敏度和采样速率。
2. 农业智能化应用：WSN可用于农业领域，如土壤湿度检测、农作物生长监测等。
在部署时，应合理选择传感器节点的类型和数量，根据作物的需求和土壤的特点确定采样的时间和频率，从而实现农业的智能化管理。
无线传感器网络中的自适应组网与信号处理技术
无线传感器网络中的自适应组网与信号处理技术无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）是由大量的分布式传感器节点组成的网络系统，用于收集、处理和传输环境中的信息。
自适应组网与信号处理技术在WSN中起着重要的作用，可以提高网络的性能和效率。
一、自适应组网技术自适应组网技术是指根据网络环境的变化，动态地调整网络结构和节点之间的连接方式，以提高网络的可靠性和能效。
在WSN中，由于节点分布广泛且网络拓扑结构不稳定，传统的静态组网方式往往无法满足需求。
自适应组网技术可以根据节点的能量消耗、信号强度和网络拓扑结构等因素进行优化调整。
例如，通过选择合适的节点作为路由器节点，可以减少节点之间的通信距离，降低能量消耗；通过动态调整节点之间的连接关系，可以避免网络拓扑结构的不稳定性导致的通信中断。
二、信号处理技术信号处理技术是指对传感器节点采集到的信号进行处理和分析，提取有用的信息。
在WSN中，由于节点数量庞大、传输带宽有限，传感器节点采集到的原始信号往往包含大量的冗余信息，需要进行压缩和优化。
信号处理技术可以通过压缩算法对传感器节点采集到的信号进行压缩，减少数据传输量，提高网络的能效。
同时，信号处理技术还可以对信号进行滤波、降噪和特征提取等操作，提高信号的质量和可靠性。
三、自适应组网与信号处理的结合应用自适应组网技术和信号处理技术在WSN中可以相互结合，共同应用于网络优化和性能提升。
例如，通过自适应组网技术选择合适的路由器节点，可以减少节点之间的通信距离，降低能量消耗；同时，通过信号处理技术对传感器节点采集到的信号进行压缩和优化，减少数据传输量，提高网络的能效。
此外，自适应组网技术和信号处理技术还可以应用于WSN中的目标追踪和数据融合等领域。
通过自适应组网技术选择合适的节点作为目标追踪节点，可以提高追踪的准确性和效率；通过信号处理技术对传感器节点采集到的数据进行融合和分析，可以提取更加准确和全面的信息。
新一代低功耗无线传感器网络路由协议设计与优化
新一代低功耗无线传感器网络路由协议设计与优化近年来，随着物联网技术的快速发展，低功耗无线传感器网络成为了一种新型的信息感知、数据采集、远程监控和控制等应用模式。
而这种无线传感器网络需要一个高效的路由协议，才能实现数据的快速、准确、稳定地传输。
因此，新一代低功耗无线传感器网络路由协议的设计和优化成为了当今研究的热点之一。
一、传感器网络的基本特点与要求低功耗无线传感器网络是由大量的小型节点组成的网络系统。
这些节点具有自主能源供应、自主感知和数据处理的能力，并通过无线通信技术实现相互之间的信息传输和共享。
因此，低功耗无线传感器网络具有天然的分布式、可扩展性和自组织特点。
但是，受到功耗、通信、计算和存储等方面的限制，传感器网络也存在一些技术难点和技术要求。
首先，传感器网络的节点需要具有低功耗、小型化、易于部署和安装等特点。
这要求路由协议要具有高效的能量管理和低功耗的通信机制，以延长网络的生命周期和提高系统的可靠性。
其次，传感器网络需要具备快速、准确、稳定地传输和处理数据的能力，以满足实时监控、数据采集和信息共享等应用需求。
这要求路由协议要具有良好的传输延迟、吞吐量和可靠性等性能指标，以保证数据传输的质量和效率。
最后，传感器网络还需要具备自组织和自适应的能力，以适应不同环境和应用场景的需求。
这要求路由协议要具有动态配置、自愈和优化等特性，以提高网络的稳定性和鲁棒性。
二、传感器网络路由协议的分类与特点传感器网络路由协议是指控制节点之间数据传输和路由的方式和规则。
根据路由协议的不同特点和功能，可以将其分为以下几类。
1.扁平式路由协议扁平式路由协议是一种简单、直接和易于实现的路由协议。
它将节点视为等级平等的节点，无需构建路由层次和拓扑结构，只需要在节点之间建立直接的连接，完成数据传输和处理。
这种路由协议具有低复杂性、低延迟和低劣化等优点，尤其适用于小规模、低密度和需求简单的传感器网络。
2.分层式路由协议分层式路由协议是一种基于层次拓扑结构的路由协议。
mesh路由原理
mesh路由原理
Mesh路由是一种在无线网络中使用的路由技术，特别是在无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）和无线自组织网络（Wireless Ad Hoc Network）等领域。
Mesh路由的主要原理是使用多个节点（或设备）之间的多跳通信来实现数据的传输。
以下是Mesh路由的基本原理：
1. 多跳通信：Mesh路由允许数据通过多个中间节点（中继节点）进行多跳传输，而不是直接从源节点到达目标节点。
这样的多跳通信有助于扩展网络范围，提高覆盖范围。
2. 自组织性：Mesh网络中的节点通常能够自动发现彼此，并建立临时性的连接。
这种自组织性使得网络可以在没有任何预先配置的情况下建立，从而更适应动态和不可预测的环境。
3. 动态路由协议：Mesh网络通常使用动态路由协议来确定数据传输的路径。
这些协议能够根据网络拓扑、节点可用性和其他因素来选择最优的路由路径。
4. 鲁棒性和灵活性：Mesh路由网络具有较强的鲁棒性，因为即使某个节点失效，数据仍然可以通过其他路径传输。
此外，Mesh 路由网络对于拓扑变化（节点加入或离开网络）具有一定的灵活性。
5. 低功耗：对于一些无线传感器网络，Mesh路由的设计通常考虑到了功耗的问题。
因此，路由算法和通信协议通常被优化，以减少节点的能耗。
总体而言，Mesh路由在无线网络中提供了一种灵活、鲁棒、自组织的方式来进行数据通信，特别适用于那些要求动态部署、对拓扑变化敏感的应用场景。
无线传感器网络技术概述(路由协议)-lzy
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 本质上SPIN还是向全网扩散新消息，开销 比较大
缺点
地理路由: GPSR路由（1）
贪婪算法 利用节点的地理位置 信息 转发节点选取：
•
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
局部优化问题
能量感知路由: －能量路由（1）
能量路由：基于节点的可
用能量（Power Available） 或传输路径上链路的能量 需求选择数据的发送路径
路径1：汇聚点-A-B-源节点，总PA=4，总a=3； 路径2：汇聚点-A-B-C-源节点，总PA=6，总a=6 路径3：汇聚点-D-源节点，总PA=3，总a=4； 路径4：汇聚点-E-F-源节点，总PA=5，总a=6；
路径建立阶段是最关键的一个阶段
能量感知路由: 能量多路径路由（3）
路径建立
目的节点向邻居节点广播路径建立消息，发起路径建立过程 中间节点：距离源节点更近同时距离目的节点更远的节点 路径建立消息从节点Ni发送到节点Nj时 本地路由表: 节点Nj
评价：多路经含义/目的
以数据为中心路由协议
内爆：节点向邻居节 点转发数据包，不管 其是否收到过相同的
重叠：感知节点 感知区域有重叠， 导致数据冗余
SPIN （2）
通过和邻居节点的协商来减少Flooding带来
的内爆和重叠的影响
通过元数据来完成协商过程
元数据：一种对源数据的映射，比源数据短 避免传输冗余数据
3步握手协议(ADV-REQ-DATA)
边界转发
无线传感器网络中的通信原理与技术
无线传感器网络中的通信原理与技术无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）是一种由许多分布在广域范围内的自组织传感器节点组成的网络系统。
这些节点通过无线通信技术相互连接，协同工作以完成特定的任务。
本文将介绍无线传感器网络中的通信原理与技术。
一、无线传感器网络的通信原理无线传感器网络中的通信原理是基于信号传输和信息交换的。
无线传感器节点通过无线通信模块将感知到的环境信息转换为数字信号，并将信号传输给其他节点或基站。
传感器节点之间的通信依赖于以下几个原理：1.1 无线信号传输无线传感器节点之间的通信基于无线信号传输技术，通常使用的技术包括无线电频率、红外线和激光等。
其中，无线电频率是最常用的通信技术，它通过调制和解调技术将数字信息转换成无线电信号进行传输。
传感器节点通过接收和解码无线电信号来获取其他节点发送的信息。
1.2 自组织网络拓扑无线传感器网络中的节点是根据自组织网络拓扑原理进行组织和协同工作的。
自组织网络拓扑包括星形、网状和树状等结构。
其中，星形拓扑由一个中心节点连接多个传感器节点组成；网状拓扑是节点之间相互连接形成的网络结构；树状拓扑是由一个或多个父节点连接多个子节点组成的层次结构。
1.3 多跳通信由于无线传感器节点的通信范围有限，无法直接与所有其他节点进行通信。
所以，多跳通信原理被引入到无线传感器网络中。
节点通过与邻近节点的多次通信来实现与远距离节点的通信。
其中，中继节点起到重要的作用，它们负责将数据从一个节点传输到另一个节点。
二、无线传感器网络的通信技术无线传感器网络的通信技术涉及多个层次，包括物理层、数据链路层、网络层和应用层。
以下是其中几种常用的通信技术：2.1 低功耗无线通信技术由于无线传感器节点电量有限，低功耗无线通信技术被广泛应用。
其中，ZigBee是一种常见的低功耗无线通信技术，它适用于小范围、低速率的数据传输。
其他常用的低功耗通信技术包括Bluetooth Low Energy（BLE）和Z-Wave等。
基于无线传感器网络的路由技术研究
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务 ， 样 可 以 大 大 节 省 通 信 的 能 量 。这 这 文 提 出 一 种 基 于 连 通 支 配 集 的 能 量 均
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时 间 ， 在 节 能 方 面 仍 然 存 在 着 一 些 改 节 省 网 络 资 源 ， 少 冗 余 转 发 节 点 成 为 但 减 进 的 空 间 。Ｌ ＡＣ 协 议 中 簇 头 节 点 的 通 信 中 需 要 解 决 的 关键 问 题 。 信 过 程 Ｅ Ｈ 通 能 耗 是 非 常 巨 大 的 ， 先 ， 举 产 生 的 中 最 小 化 参 与 转 发 节 点 数 问 题 与 图 论 首 选 簇 头 必 须 广 播 一 个 能 够 到 达 所 有 节 点 中 求 解 最 小 连 通 支 配 集 问 题 等 价 ， 在 而
随 着 ＷＳ 的 发 展 ， 何 减 小 ＷＳ Ｎ 如 Ｎ
要影 响。 随着 国 内外 ＷＳ 的研 究 进 展 ， 设 计 的 低 功 耗 自适 应 分 簇 路 由协 议 。 Ｎ 其 的 能 量 消 耗 、 延 长 使 用 寿 命 已 经 成 为 许 多路 由 协 议 被 提 了 出来 ， 文 在 分析 基 本 思 想 是 减 少 与 基 站 直 接 通 信 的 节 本
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Ｗ ＳＮ
结 构 设 计 的 一 个 重 要 问 题 。 究 表 研 明 采 用 分 簇 结 构 以 及 对 网络 进 行 适 当
无线传感器网络的通信技术
无线传感器网络的通信技术随着物联网技术的发展，无线传感器网络(WSN)正成为越来越重要的技术领域。
无线传感器网络是由大量的无线传感器节点组成的分散式传感系统，可以通过传感器网络将数据从环境中获取和传输到远程位置。
传感器节点具有自主性和智能性，因此，它可以应用于各种复杂的控制和监控环境。
然而，无线传感器网络受到一些挑战，例如能源不足和通信受限。
因此，WSN的无线通信技术也一直是关注的重点。
一、WSN的通信特点与传统的计算机网络相比，无线传感器网络具有明显的差异。
首先，无线传感器网络由大量的传感器节点组成，这些节点在空间上分布广泛，因此节点之间的通信路由也需要实时调整。
其次，传感器节点的能源有限，这意味着节点的功耗非常低，并且需要在不降低通信质量的情况下减少通信次数。
此外，由于在许多应用中传感器节点具有分散性，因此需要通过多跳的方式进行数据传输。
二、常用的无线传感器网络通信技术1. 低功耗无线网络(LoWPAN)低功耗无线网络是指一种专门用于WSN的通信协议，它使用IEEE802.15.4标准定义的物理层和媒体访问控制层，以确保低功耗和低数据速率。
LoWPAN通信协议可以基于IEEE 802.15.4建立一个网络层网络，或者可以独立地建立一个联网层网络。
在此基础上，添加网络组织，网络管理，网络发现等功能。
2. ZigBeeZigBee是一种低功耗、短距离、低速率的通信技术。
它主要用于WSN中，可以支持多个控制节点到多个被控制节点之间的通信。
ZigBee最大的优点是低功耗，因为它使用短暂的组网方式来传输小量数据。
与其他向节点发送内容的无线技术不同，ZigBee不会定期广播数据，这使其更适用于一些低成本的传感器节点。
3. Bluetooth Low Energy (BLE)蓝牙低功耗技术可以在长达几年的传感器生命周期内为传感器节点提供低功耗、长距离的数据传输和协作。
它实现了简单且有效的安全机制，通过128位AES加密数据并使用带有安全主设备的动态令牌生成身份标识。
浅析无线传感器网络及其路由技术
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和管 理 节 点 。 】 感 器 节 点 通 常 散 布 在 被 监测 区域 中 ， 以 通 过 无 传 可 人 飞 行 器 、 箭 等 撒 播 ， 可 以通 过 人 工 布 置 的 方 式 完 成 ， 火 也 自组 织 形 式 构 成 网 络 。 各节 点 收集 数 据 ， 将 数据 通过 多跳 中继 的方 式 路 由 并 至 汇 聚节 点 ，最 终 借 助 长距 离或 临 时 建立 的 Ｓｎ ｉｋ链 路 将 整 个 区域 内 的数 据 传 送 到远 程 中 心进 行 集 中处 理 ， 系结 构 如 图 ２ 体 。
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无线传感器网络中的数据传输与路由技术使用教程
无线传感器网络中的数据传输与路由技术使用教程无线传感器网络（Wireless Sensor Network，简称WSN）是一种由大量互连的传感器节点组成的网络系统，通过无线通信进行数据传输和信息交换。
在WSN中，数据传输和路由技术的选择和应用对于系统性能和能源消耗等方面具有重要影响。
本文将介绍WSN中常见的数据传输和路由技术，以及它们的使用教程。
一、数据传输技术1. 直接传输直接传输是最简单的数据传输技术，即传感器节点将采集到的数据直接传输到目标节点。
这种方式适用于数据传输距离较近、传感器节点数量较少的场景。
使用教程：在代码中，通过指定目标节点的网络地址，将采集到的数据直接发送到目标节点。
2. 基于中继的传输基于中继的传输技术通过引入中继节点，将数据从源节点传输到目标节点。
中继节点起到桥梁的作用，帮助数据实现跨越较长的传输距离。
使用教程：在代码中，设置一个或多个中继节点的网络地址，并指定中继节点的数据传输路径，使数据在中继节点的协助下达到目标节点。
3. 分组传输当数据量较大时，可以将数据划分为多个分组进行传输，以减少传输时间和能量消耗，并提高传输的可靠性。
使用教程：在代码中，将要传输的数据划分为固定大小的数据包，并在传输过程中依次发送这些数据包。
接收端根据数据包的序号和重组算法，将分组的数据包还原为完整的数据。
二、路由技术1. 集中式路由集中式路由是一种将所有的路由决策由中心节点集中处理的方式。
在该模式下，中心节点负责收集和分析网络拓扑信息，然后通过指定下一跳节点来进行数据转发。
使用教程：在代码中，设定一个中心节点，该节点负责管理和控制整个网络的数据转发。
每一个节点在发送数据时，将数据传输至中心节点，再由中心节点进行转发。
2. 分布式路由分布式路由是一种网络中每个节点都参与决策的方式。
每个节点都维护一张路由表，根据路由表中的信息来进行数据转发。
使用教程：在代码中，每个节点都维护一张路由表，并通过交换和更新路由表的信息来实现数据的转发。
无线传感器网络路由协议的研究毕业论文
energy multiplex paths routing theory
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明
原创性声明
本人重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作与取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得与其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了意。
1.1
近年来，微处理器和无线通信技术的不断进步产生了能够进行局部信息处理和无线通信的分布式设备，这种体积小、价格低廉且低能耗的节点被称作传感器节点。每个传感器节点仅能进行有限的信息处理，但是大量节点相互协作就可以详细观测一个给定的物理环境。大量这样的传感器节点通过无线通信技术自组织构成了无线传感器网络。无线媒介可以是红外设备或者无线电等。与传统的网络不同，无线传感器网络是依靠密集的散布以与相互协作来完成它们的任务。
1.低能耗。低能耗的要求基于两种原因:一是由于传感器节点的体积小，因此能量供给有限;二是由于传感器网络的工作环境往往难以更新电池或因更新代价大而不可操作。节点的能耗大小对无线传感器网络的生存时间具有重大影响，是其核心优化目标之一。
2.可扩展。由于传感器节点可能非常多，因而要求其应用的各项技术能有效用于大规模网络。
无线传感器网络是从传感器网络开始的，传感器网络经历了如图1-1所示的发展历程。第一代传感器网络出现在20世纪70年代。使用具备简单信息信号获取能力的传统传感器，采用点对点传输、连接传感控制器构成传感器网络；第二代传感器网络，具备获取多种信息信号的综合能力，采用串，并接口(如Rs-232、RS-485)和传感控制器相联，构成有综合多种信息的传感器网络；第三代传感器网络出现在20世纪90年代后期和本世纪初，用具备智能获取多种信息信号的传感器，采用现场总线连接传感控制器，构成局域网络，成为智能化传感器网络；第四代传感器网络正在研究研发，现在成形并大量投入使用的产品还没有出现．用大量的具备多功能多信息信号获取能力的传感器，采用自组织无线接入网络，和传感器网络控制器连接，构成无线传感器网络。本文所介绍的无线传感器网络就是指第四代传感器网络。
无线传感器网络安全关键技术
无线传感器网络安全关键技术随着信息技术的快速发展，无线传感器网络（Wireless Sensor Network，简称WSN）作为一种新型的网络形式得到了广泛的应用和研究。
无线传感器网络由大量的分布式传感器节点组成，这些节点能够自主采集环境数据并进行传输和处理。
然而，由于其特殊的工作环境和资源限制，无线传感器网络的安全性问题受到了广泛的关注。
无线传感器网络的安全关键技术是保障整个网络的稳定运行、数据传输的可靠性以及用户隐私的保护的重要手段。
在此，我们将从网络通信安全、数据安全和节点认证三个方面介绍无线传感器网络的关键安全技术。
首先是网络通信安全。
无线传感器网络中的节点通过无线信道进行通信，因此需要采取措施来保证通信过程的安全性。
其中的一种重要技术是加密机制。
通过加密算法对传输的数据进行加密，保障数据的机密性和完整性，防止数据泄露和篡改。
此外，还需要使用身份认证机制来验证通信双方的真实身份，防止伪装和未经授权的节点进入网络。
通过部署密钥管理和密钥分发机制，可以确保密钥的安全性和有效性，从而提升无线传感器网络的通信安全性。
其次是数据安全。
无线传感器网络中的节点采集到的数据通常是敏感的，因此对数据的保护至关重要。
对于数据的安全传输，除了使用加密技术外，还可以采用数据分片和数据冗余的方法，将数据分散存储在多个节点中，即使某个节点遭受攻击，也不会导致全部数据丢失。
此外，为了确保数据的完整性，可以使用消息认证码（Message Authentication Code，简称MAC）对数据进行数字签名，确保数据在传输过程中未被篡改。
最后是节点认证。
在无线传感器网络中，节点的安全性对于整个网络的稳定运行至关重要。
因此，需要对节点进行有效的认证和管理。
节点认证可以通过引入信任机制和密钥分发来实现，确保只有合法的节点才能加入网络。
另外，为了防止节点遭受物理攻击或恶意篡改，可以采用物理安全随机数生成、节点防护和硬件加密等技术手段来提高节点的安全性。
无线传感器网络中的路由协议设计与优化
无线传感器网络中的路由协议设计与优化无线传感器网络是目前快速发展的一种新型网络，它是由大量的小型传感器设备组成的网络。
这些传感器设备主要用于数据的采集和传输，它们能够自我组织形成网络，实现数据的分发。
无线传感器网络的特点是可以部署在环境恶劣、地形复杂甚至是危险的区域中，使得数据采集和分发可以高效地完成。
然而，无线传感器网络中的设备数量庞大，因此，设计一种高效的路由协议非常重要。
一、无线传感器网络中的路由协议路由协议是一种在网络中帮助数据包找到通信路径的协议，也是无线传感器网络中最关键的一部分。
路由协议的设计是为了保证传输数据的有效性和可靠性。
1. 层次路由协议一种流行的无线传感器网络路由协议是层次路由协议。
此协议引入了一个名为“簇”的新概念，其中一个节点被称为“簇头（Cluster Head）”，它被选举出来，在簇中负责聚合和转发数据。
此外，还有一个名为“基站（Base Station）”的节点，它被用来进行数据的聚集和路由，最终将数据传送到用户。
这种层次路由协议将传感器网络分为不同的层级。
在这个层次结构中，泛洪（Flooding）和多跳（Multi-Hop）传输大量的数据是一种浪费网络资源的行为。
因此，层次路由协议将数据的处理和转发局限在自组织的小范围内，从而减少网络资源的浪费。
2. 贪婪式路由协议贪婪式路由协议（Greedy Routing Protocol）是一种适用于小型无线传感器网络的协议。
贪婪式路由协议使用最短路径算法，并选择距离目标节点最近的节点作为路由节点，因此可以实现能耗低、跨度小、时延小的优点。
贪婪式路由协议需要使所有节点知道自己周围的拓扑结构和位置信息。
这些信息可以通过广播方式传达给整个网络。
此协议存在的一个主要问题是当节点位置发生变化时，路由算法有可能失效。
二、路由协议设计与优化下面介绍一些进行路由协议设计与优化的一些技术。
1. 多路徑路由技术在无线传感器网络中，很多节点被安装在环境比较恶劣的地方，因此网络中的连接质量能够受到许多因素的影响。
无线传感器网络路由技术研究与应用
可以涵盖各种规模的静态与移动网络 ；②层次路
由简单 ， 对成 员 节 点 的功能 要求 低 ， 需要 维 护复 不
节 点选择 算 法 ， 加 了路 由算法 的开 销 。 增
针 对 聚首节 点 的 问题 ．现有 的解决 方 法更 依
构依赖 于路 由算法 ，使得 这 些 网络 的 网络结 构 也 不尽 相 同 ． 限制 传感 器 网络 的应 用范 围 。 为 了扩大 传感 器 网络 的应 用 ，实 现 传感 器 网
杂 的路 由信 息 ，大大减 少 了 网络 中路 由控 制信 息
・
６ ・ ２
电 力 系 伤 ｃ 诘 童
基本 不变 （ 除节 点死 亡 ） 。 最后 是对 聚 首节 点 的要求 。由 于聚首 节点 要
由于涉 及能 量方 面 的计 算 ．可采 用 第一 顺 序 无 线 电模 型的能 量 消耗 计算 公式 ：
Ｅ ｅｇ ａｉｇ Ｒ ｕｉｇ ａｇｒ ｈ Ｓ Ｅ Ｒ） ｎｒｅ Ｓ ｖ ｏ ｔ ｌｏｉ ｍ，Ｃ Ｓ 。 ｎ ｎ ｔ
１ 基 于 聚 类 的 网 络 结 构
目前 ．无 线传 感 器 网络路 由协议 研 究 主要集
的优点 ，使 得传 感 器 网络 可 以应 用 于 多种 应用 环
境 ， 出基 于 聚类 的网络结 构 。 提 首 先是 聚首 节 点 的位 置 。针对 具体 应 用 区域
．６１ ．
无 线传 感器 网络 路 由技 术 研 究 与 应 用
叶 勋 ． 庆 程 林
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则是对处于工作状态的节点进行优化来节能， 这是通过减少空 闲状态来实现的。还有上文提到的数据聚合也是一种节能的 技术。
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定位技术
大多数传感任务中都需要节点的位置信息， 因此， 定位系
统也是传感器节点的一个不可忽略的部分。 传感器网络中的定 位包括两部分： 节点自身的定位和外部目标的定位， 前者是后 者的基础。通常认为在要求 M. 以下的精 确 定 位 时 ， 就需要用
包括 监 控 我 军 兵 力 、 装备和物资， 定位攻击目标， 评估损失， 探 测核、 生物和化学攻击， 也可以将成百上千的传感器节点部署 在敌方战场上， 跟踪敌人的军事行动。传感器节点还可以散布 在建筑物的周围， 组成智能微尘系统， 用以监测四周环境的温 度和湿度等环境参数。在拥挤的闹市区可用作交通流量监测 器， 在家庭则可监测各种家电的用电情况以避开高峰期。在农 业中， 用传感器网络可以监测农作物中的害虫、 土壤的酸碱度 和施肥状况等。 此外， 从监控医院病房内病人的活动， 到感应工 业设备的非正常振动来确定制造工艺缺陷， 智能微尘技术潜在 的商业应用价值是非常大的。
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传感器网络是以数据为中心 （=/0/E7(80)<7 ） 的网络。 以数据
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应用
在军事上，传感器网络非常适合用于恶劣的战场环境中，
为中心是指中继节点可以查看数据内容并进行处理。 对于用户 来说， 感兴趣的是传感器产生的数据， 而不是传感器本身。 用户 ， 而不是查询 “@ 节点测 会查询 “温度高于 #"IJ 的区域在哪里” 出的温度为多少” 。因此， 数据聚合技术是很有用的。用户发出 查询指令通过槽节点进行 “兴趣” 分发， 符合查询条件的多个传 感器节点将会把信息传回槽节点。 在多个源节点和同一个目的 节点通信时， 可以通过网络内部的数据融合将各处传感器节点 的信息更加简练、 明白地展现给用户。 这不仅避免了数据冗余， 提供了通信效率， 也节约了能量。
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泛洪法 （U+::=<8D ）
泛洪法是一种传统的路由技术， 不需要维护网络的拓扑结
构和路由发现算法， 节点将接收到的消息以广播的形式转发出 去， 是一种反应技术， 它的不足之处在于， 会产生信息的 “内 爆
图!
传感器节点的组成结构
作者简介： 黄少昱 （%&J", ） ， 女， 硕士生， 研究领域为智能网络管理、 网络性能评价等。曹阳 （%&#D, ） ， 男， 教授， 博导， 主要研究领域为智能网络管理、 网络安全、 网络性能评价等。王悦伟 （%&EJ, ） ， 男， 硕士生， 研究领域为智能网络管理、 网络性能评价等。
（!""# ） 文章编号4;#
文献标识码 K
!"#$%&’ ()*+&","’- %& .%/),)00 1)&0"/ 2)$3"/40
: 5#6&’ 1+6"-#7 86" 96&’7， .6&’ 9#)3)%7 % （ 6)1++. +M -./)0*+3() 93M+*520(+3 ， NH123 =3(O/*4(07， NH123 #D""E&） ! （6020/ P/7 Q2R+*20+*7 +M 6+M0G2*/ -3:(3//*(3: ， NH123 =3(O/*4(07， NH123 #D""E!）
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节点结构
如图 ! 所示， 传感器节点一般包含以下几个部分： 传感器、
模 < 数转换器、 处理器、 收发器、 存储器及电源。 根据具体的应用 情况， 可能还包含其它的部件， 如定位器、 移动器等。 另外， 当进 行复杂的任务调度和管理时， 系统就需要一个微操 作 系 统 ， =>
?/*8/./7 为此专门开发了 @(37A6B%C。
小型化设计， 也包括关注网络通信协议的设计。 前文已提到， 无 线传感器网络不同于传统无线网络，在进行通信协议设计时， 不同于传统网络的方面需要着重考虑， 下面进行简要分析。
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路由技术
网络层的路由技术对传感器网络的性能好坏有着重大影
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路由技术
从网络分层模型的角度分析， 传感器网络的通信协议栈主
响。下面就对目前网络层已有的路由方案进行归纳介绍， 希望 能对今后的研究起到一定的引导作用。
连的时候是不可少的。 应用层为用户开发各种传感器网络应用 软件提供有效的软件开发环境和软件工具。 每一层都需要结合 传感器网络的特点进行深入的研究， 就已有的研究来看， 目前 的研究热点主要集中在数据链路层和网络层，尤其是网络层， 该文第 # 节将会对其进行详细讨论。
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数据聚合 （=/0/ /DD)(D/0<:8 ） 技术
4T5 到全球定位系统 （S+:;/+ P:3<0<:8<8D -,30(.， 。但是考 虑 SP- ）
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无线传感器网络中的关键技术
对传感器网 络 的 研 究 既 包 括 利 用 ?B?- 技 术 进 行 节 点 的
到 SP- 的价格、 覆盖范围等因素， 所有的节点都安装 SP- 设备 是不可行的。一个替代的策略是在部分节点上使用 SP- ， 以此 来辅助其它节点的定位。
要包 括 以 下 几 层 ： 物理层、 数据链路层、 网络层、 传输层和应用 层。其中， 物理层关注简单且健壮性好的调制、 传输和接收技 术。 数据链路层负责数据流的多路技术、 数据帧探测、 介质访问 和差错控制， 保证可靠的点到点和点到多点通信。网络层主要 关注路由技术。传输层在传感器网络同 H80()8(0 或其它网络互
%
前言
近几年， 在数字电路、 无线通信、 微电机系统 （’()*+,-./)0*+, 等技术的基础上发展起来的无线 传 ’/)123(45 6740/5， ’-’6 ） 感器网络成了热门研究领域。 成百上千的具有低成本、 低功耗、 小尺寸、 多功能的传感器节点组成了传感器网络， 它在军事、 医 疗、 家用、 商业等领域有着广阔的应用前景， 大大扩展了传统传 感器的应用范围。
摘 要 近几年， 对无 线 传 感 器 网 络 的 研 究 悄 然 兴 起 。 它 是 在 数 字 电 路 、 无线通信、 微电机系统 （’()*+,-./)0*+,’/)12I 等技术的基础上发展起来的一种新兴网络， 在军事、 医疗、 家用等多个领域均有广阔的应用市场。该 3(45 6740/5， ’-’6 ） 文介绍了无线传感器网络的体系结构， 重点讨论了适用于传感器网络的路由技术等关键技术。 无线传感器网络 路由技术 数据聚合 能量管理 定位 中图分类号 @LD&D
图% 传感器网络的体系结构
! 无线传感器网络 !$% 体系结构
无线传感器网络的体系结构如图 % 所示， 传感器节点通常 散布在被监测区域中， 这可以通过无人飞行器、 火箭等撒播， 也 可以通过人工布置的方式完成。其中， 监测区域中的每一个节 点都有搜集数据并把数据传回槽 （4(38 ） 节点的能力。这里的槽 节点是指可以传输长距离的无线电信号， 能够将传感器网络和 现存的持久通信设施连接起来的特殊节点。 它可以是充当信息 槽的移动节点， 或是能够从传感器网络中提取信息的任何其它 实体， 如无人驾驶机。 传感器节点以自组织形式构成网络， 通过 多跳路由将监测数据传到槽节点，槽节点则可以通过 930/*3/0 或卫星链路将数据送到任务管理节点 （0248 5232:/* 3+;/） 进行 处理， 提取用户感兴趣的信息。
4R5 减小能耗。动态电压调度 （1,8/.<7 Q:+0/D( -7>(=2+<8D， 1Q-）
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无线传感器网络与其它无线网络的比较
像蜂窝网络 （7(++2+/) 8(09:)*） 、 移动自组织网络 （.:;<+( /=
以及蓝牙短距离无线网络 （3>:)0 )/8D( 9<)(E ?@ABC） >:7 8(09:)*， 这些传统的无线网络中， 管理、 路由等的设计很大 +(33 8(09:)* ） 程度上是为了 实 现 高 的 F:- 和 高 的 带 宽 利 用 率 ， 功 耗 问 题 是 第二位的， 只要需要就可以更换电池。 但是， 无线传感器网络包 含成百上千的节点， 这些节点在配置完之后， 通常大部分是静 止的， 少量的处于可移动状态。 和上述传统网络相比， 该网络的 流量有相对静态的 特 性 。 其 中 的 数 据 流 量 大 概 为 %E%""*; G 3， 而且从传感器节点到槽节点的数据流是占统治地位的 465。 另外， 和这些传统的网络不同的是， 传感器网络的主要目标在于延长 网络的生命周期， 并通过主动的能量管理来阻止网络连通性的 下降。 因为传感器节点通常运行在人无法接近的恶劣或者危险 的远程环境中， 更换电池是非常困难的 （甚至是不可能的） 。因 此， 能量消耗成了通信连接性能好坏、 网络运行周期长短的主 要决定因素， 无线传感器网络的整体性能高度依赖于能有效利 用能量的各种算法。