无线传感网路由协议的分析比较
无线传感器网络分簇路由协议研究
无线传感器网络分簇路由协议研究作者：刘兴杨济海杨涛韩晴来源：《无线互联科技》2020年第06期摘 ; 要：在无线传感器网络中，分簇型路由在路由协议中占据重要的地位，该协议方便拓扑结构管理，能源利用率高，数据融合简单。
文章从簇头生成、簇形成和簇路由3个角度对典型的分簇路由算法LEACH，HEED，EEUC，PEGASIS进行了系统描述，从网络生命周期和节点存活数量等方面，对比了其优缺点，结合该领域的研究现状，指出了未来研究的方向。
关键词：无线传感器网络;分簇;路由协议无线传感器网络（Qireless Sensor Network，WSN）作为数据采集和处理的新方式，在各行业受到了越来越广泛的应用[1]。
它是由大量传感器节点组成的一个自组织无线网络系统，具有数据采集、数据处理、数据存储和无线通信等功能，被广泛应用于军事侦察、环境监测、医疗监控、农业、养殖、空间探索等领域。
由于网络中节点的计算能力、存储容量和能量资源有限，使得路由协议的设计成为无线传感器网络的关键技术之一，在WSN路由协议中，分簇型路由协议由于其能量利用率高而受到越来越广泛的应用。
1 ; ;无线传感器网络分簇路由算法概述与其他类型的路由协议相比，分簇路由协议具有更好的性能，是目前研究的重点和热点。
分簇路由协议的拓扑结构如图1所示，整个网络被随机分成若干个簇，每个簇由一个簇头节点和若干个成员节点构成，成员节点负责采集数据，并将数据发给对应的簇头节点;簇头节点负责进行数据的汇聚和压缩，并通过一跳或者多跳的方式，将数据发送到基站（Base Station，BS）。
分簇路由协议的重点和核心内容是快速和有效的构建簇结构，本文通过对常用分簇型路由协议进行描述和对比分析，力求明确未来重点研究方向。
2 ; ;常用分簇型路由协议分析2.1 ;LEACH协议LEACH协议是首次针对WSN提出的一种自适应聚类路由协议[2]。
LEACH协议采用了“轮”的概念，并将每轮通信过程分为簇建立阶段和数据传输阶段。
无线传感器网络路由协议
无线传感器网络路由协议无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）是由大量低成本、低功耗的传感器节点组成的网络系统，用于感知和收集环境信息。
无线传感器网络的路由协议起着关键作用，它决定了数据在网络中的传输路径和方式，影响着整个网络的性能、能耗以及生存时间。
1. LEACH（Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy）是一种经典的层次化路由协议。
它将网络中的节点划分为若干个簇（Cluster），每个簇有一个簇首节点（Cluster Head）。
簇首节点负责收集和聚合簇内节点的数据，并将聚合后的数据传输给基站节点，从而减少了网络中节点之间的通信量，节省了能耗。
2. AODV（Ad Hoc On-Demand Distance Vector）是一种平面路由协议，适用于无线传感器网络中节点数量较少且网络拓扑较稳定的情况。
AODV协议通过维护路由表来选择最短路径，当节点需要发送数据时，它会向周围节点发起路由请求，并根据收到的响应建立起路由路径。
3. GPSR（Greedy Perimeter Stateless Routing）是一种基于地理位置的路由协议。
它通过利用节点的地理位置信息来进行路由选择，具有低能耗和高效的特点。
GPSR协议将整个网络划分为若干个区域，每个节点知道自己的位置以及周围节点的位置，当需要发送数据时，节点会选择最近的邻居节点来进行转发，直到达到目的节点。
除了以上几种常见的路由协议，还有很多其他的无线传感器网络路由协议，如HEED（Hybrid Energy-Efficient Distributed clustering）、PEGASIS（Power-Efficient Gathering in Sensor Information Systems）等，它们各自具备不同的优势和适用场景。
总之，无线传感器网络的路由协议在保证数据传输可靠性和网络能耗方面起着重要的作用。
无线传感器网络路由协议分析
南京邮电大学硕士研究生学位论文术语表术语表Adaptive Threshold sensitive Energy APTEEN 自适应敏感阀值节能型传感网络协议CDMA码分多址Code Division Multiple AccessCSMA 载波侦听多路访问Carrier Sense Multiple AccessDD 定向扩散Directed DiffusionGEAR 地理和能量感知路由Geographic and Energy Routing LEACH 低功耗自适应分簇协议介质访问控制Media Access ControlMCU 微控制单元Micro-Controller UnitPEGASIS Po-Efficient Gathering in SensorInformation System服务质量Quality of Service信息协商传感协议Sensor Protocol for Information viaNegotiationTCP 传输控制协议Transfer Control ProtocolTDMA 时分多址Time Division Multiple AccessTEEN 敏感阀值节能型传感网络协议Threshold sensitive Energy Efficient sensorNetwork protocol用户数据包协议User Datagram ProtocolWSN 无线传感器网络Wireless Sensor Network南京邮电大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京邮电大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。
与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。
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；
无线传感网络中的路由协议选择技巧
无线传感网络中的路由协议选择技巧无线传感网络（WSN）是一种由大量节点组成的网络，用于收集、处理和传递环境数据。
节点之间的通信是通过无线信号进行的，因此在无线传感网络的设计中，路由协议的选择至关重要。
合适的路由协议能够有效地管理网络资源，提高网络的性能和可靠性。
本文将介绍无线传感网络中的路由协议选择技巧，并分析几种常见的路由协议。
1. 路由协议选择的考虑因素在选择适合的路由协议之前，需要考虑以下因素：1.1 网络拓扑：了解无线传感网络的拓扑结构是十分重要的。
根据拓扑结构的不同，选择相应的路由协议，以实现最佳的网络性能。
1.2 网络规模：无线传感网络中节点数量通常很大，因此选择能够在大型网络中扩展和适应的路由协议是至关重要的。
1.3 能耗：无线传感网络中的节点通常由电池供电，因此能耗是一个重要的考虑因素。
选择能够降低能耗的路由协议，延长网络寿命。
1.4 网络负载：根据网络负载的不同，选择相应的路由协议以实现负载均衡和数据优化的目标。
1.5 可靠性：无线传感网络通常应用于一些重要的应用领域，如环境监测、医疗和军事等。
因此，在选择路由协议时要考虑网络的可靠性，以确保数据的可靠传输。
2. 常见的路由协议2.1 LEACH（Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy）LEACH是一种经典的无线传感网络路由协议。
它是基于集群的路由协议，将网络节点以集群的形式进行组织，每个集群有一个簿记节点负责协调和管理。
通过使用低能耗的簿记节点，LEACH能够有效地降低网络能耗，延长网络寿命。
2.2 AODV（Ad hoc On-Demand Distance Vector Routing）AODV是一种基于距离向量的路由协议，常用于自组织无线网络。
AODV通过建立和维护路由表来实现数据的传输。
它具有自主拓展性和快速重新路由的特点，并且适用于动态网络环境。
2.3 DSR（Dynamic Source Routing）DSR是一种无线传感网络中常用的动态路由协议。
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。
无线传感网络中的拓扑控制与路由协议比较研究
无线传感网络中的拓扑控制与路由协议比较研究无线传感网络（Wireless Sensor Network, WSN）是由大量分布在空间中的无线传感器节点组成的网络。
这些节点可以感知周围环境的信息，并将其传输给其他节点或基站。
拓扑控制和路由协议是WSN中关键的技术，对于网络的性能和能耗有着重要影响。
本文将对WSN中常用的拓扑控制和路由协议进行比较研究。
一、拓扑控制拓扑控制是指在WSN中建立和维护节点之间的连接关系，以构建合适的网络拓扑结构。
常见的拓扑控制方法有静态和动态两种。
静态拓扑控制常用的方法是基于位置的方法。
节点根据自身的位置信息，选择与其相邻的节点进行通信。
这种方法简单直观，但对节点位置信息要求较高，且不能适应网络拓扑的动态变化。
动态拓扑控制方法根据网络的需求和特点，动态地调整节点之间的连接关系。
其中，最小生成树（Minimum Spanning Tree, MST）是一种常用的动态拓扑控制算法。
MST算法通过选择一棵树，使得网络中所有节点都能够连通，并且树的总边权最小。
这种方法可以适应网络拓扑的变化，但在大规模网络中计算复杂度较高。
二、路由协议路由协议是指在WSN中确定数据传输路径的方法。
常见的路由协议有平面路由、分层路由和基于位置的路由。
平面路由是指所有节点在同一层次上进行通信，数据通过多跳传输到达目的地。
常见的平面路由协议有LEACH、PEGASIS等。
这种路由协议简单易实现，但在大规模网络中，会出现能耗不均衡和网络拥塞的问题。
分层路由是将网络分为多个层次，每个层次中的节点负责不同的任务。
常见的分层路由协议有TEEN、APTEEN等。
这种路由协议能够提高网络的能耗均衡性和扩展性，但增加了网络的复杂性。
基于位置的路由是根据节点的位置信息确定数据传输路径。
常见的基于位置的路由协议有GEOCAST、GPSR等。
这种路由协议能够减少能耗，提高网络的可靠性，但对节点位置信息要求较高。
三、比较研究从拓扑控制和路由协议的角度来看，静态拓扑控制方法适用于节点位置固定的场景，但对节点位置信息要求较高。
无线传感器网络路由协议
浅析无线传感器网络路由协议[摘要]无线传感器网络作为计算，通信和传感器官项技术相结合的产物，目前成为计算机科学领域一个活跃的研究分支。
结合近年来国外的研究成果，着重从路由协议方面介绍无线传感器网络的研究现状，比较分析了flooding、gossiping、spin、directed diffusion等多种路由协议，指出了各自的特色。
[关键词]无线传感器网络、路由协议、flooding中图分类号：tn711 文献标识码：a 文章编号：1009-914x（2013）09-0044-021、引言无线传感器网络的研究起步于20世纪90年代末期，无线传感器网络作为一个全新的研究领域，在基础理论和工程技术两个层面向科技工作者提出了大量的挑战性研究课题。
无线传感网络的网络结构由三个主要部分组成[1]：传感节点，终端节点（sink）和观察对象，节点由四部分组成：（1）由微处理器或微控制器构成的计算子系统；（2）用于无线通信的短距离无线收发电路，即通信子系统；（3）将节点与物理世界联系起来，由一组传感器和激励装置构成的传感子系统；（4）能量供应子系统，包括电池和ac-dc转换器。
2、路由协议的分类网络数据传输离不开路由协议，无线传感器网络路由协议根据不同的角度可以进行不同的分类。
根据路由发现策略的角度，可分为主动路由和被动路由两种类型；根据网络管理的逻辑结构可将路由协议分为平面路由和分层结构路由两类[2][3]。
3、无线传感器网络中现有路由协议分析3.1 平面路由协议3.1.1 扩散法[4]（flooding）扩散法是一种传统的网络路由协议，如图1所示：一节点a希望发送一块数据给节点d，使用扩散法，节点a首先通过网络将数据副本传送给它的每一个邻居节点，每一个邻居节点又将其传输给各自的每一个邻居节点，除了刚刚给它们发送数据副本的节点a外。
如此继续下去，直到将数据传输到目标节点d为止或者为该数据所设定的生命期限变为零为止或者所有节点拥有此数据副本为止。
对几种重要的无线传感器网络路由协议的比较
对几种重要的无线传感器网络路由协议的比较【摘要】基于无线传感器网络的体系结构，本文针对当前几种主要的传感器网络协议展开研究。
本文我们重点研究了路由协议的能量高效性、可扩展性、鲁棒性和快速收敛性等几个方面的特性，结合各自协议的特点研究了几种协议在这些特性的表现上的差异。
最后，我们给出了比较的结果，以及对结果的分析。
【关键词】无线传感器网络；路由协议；比较0 引言无线传感器网络（wireless sensor network，WSN）是由部署在检测区域内的大量廉价微型传感器节点，形成一个多跳的自组织网络系统，使在小体积内集成信息采集、数据处理和无线通信等功能，实现协作感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，并提供给终端用户。
WSN 能够广泛应用于军事、环境检测和预报、健康护理、智能家居、建筑物状态监控、复杂机械监控、城市交通、空间探索、大型车间和仓库管理、以及机场、大型工业园区的安全检测和其他商业等，且将逐渐深入到人类生活的各个领域。
20世纪90年代提出的“普适计算”[1-2]，揭开了无线网络的序幕，21世纪里，随着微电子技术、计算技术和无线通信技术的进步，多功能传感器快速发展，使无线网络从畅想逐步走向现实。
无线网络引起了学术届、军界和工业界的极大关注，美国和欧洲相继启动了许多关于无线传感器网络的研究计划，特别是美国通过国家自然基金委、国防部等多种渠道投入巨资支持传感器网络技术的研究，进而使无线传感器网络成为目前研究热点[4-5]。
1 无线传感器网络的组成WSN通常由数据获取节点、数据分布网络和信息处理中心三部分组成的。
其主要组成部分是集成有传感器、数据处理单元和通信模块的传感器节点，各节点通过协议自组成一个分布式网络，再将采集来的数据通过优化后经无线电波传输给信息处理中心，如图1所示。
传感器节点是一个具有信息收集和处理能力的微系统，集成了传感器模块、信息处理模块、无线通讯模块和能量供应模块[3]。
无线传感器网络中的路由协议分析
无线传感器网络中的路由协议分析无线传感器网络（Wireless Sensor Network，简称WSN）是由大量分布在特定区域内的无线传感器节点组成的网络系统。
在这种网络中，传感器节点通过无线通信相互连接并协同工作，以收集和传输环境信息。
路由协议在无线传感器网络中起到至关重要的作用，它决定了数据包在网络中的传输路径，对于网络性能的影响不可忽视。
为了实现高效可靠的数据传输，设计一个合适的路由协议是必不可少的。
在WSN中，常用的路由协议主要有数据中心路由协议、适用于大规模网络的平面路由协议和分级路由协议。
数据中心路由协议是一种基于层次结构的路由协议，适用于大规模WSN。
它将传感器节点按照地理位置划分为多个集群，每个集群有一个数据中心节点。
数据中心节点负责收集并聚合本地传感数据，然后将数据发送到网络中的其他数据中心节点。
这种路由协议可以提高网络的可伸缩性和稳定性，但同时也增加了能耗和数据传输的延迟。
平面路由协议是一种无层次的路由协议，适用于中小规模WSN。
它采用无中心化的方式，将传感器节点平等对待，每个节点都具有相同的功能。
平面路由协议通过建立路由表，将数据包传输到目标节点。
这种路由协议具有简单、灵活和低能耗的特点，但也面临着网络拓扑动态变化时的路由更新问题。
分级路由协议是一种结合了层次和无层次特点的路由协议，适用于中等规模的WSN。
它将传感器节点按照能耗和功能划分为多个层次，并将高能耗的节点放置在网络的边缘。
分级路由协议充分利用了网络中不同节点的特点，实现了能耗均衡和网络负载均衡。
但同时也增加了节点之间的通信开销，并引入了层次划分和节点选择的问题。
在选择合适的路由协议时，需要考虑网络规模、能源消耗、网络拓扑动态变化等因素。
此外，还可以结合具体应用场景和需求来选择路由协议。
例如，在需要高可靠性和实时性的应用场景中，数据中心路由协议可能更适合；而对于需要低能耗和简单路由的应用，平面路由协议可能更适合。
无线传感器网络路由协议分析
（）硬件资源有限 。节点 由于 受价格 、体积 和功耗的 ３
限制，其计算能 力、通信 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。
在本 文 中，基 于无线传感 器 网络路 由协 议 的应 用相
关特 性，将这些协议分 为：平 面路 由协议 、层次化协议 以
及地理位置路 由协议，来加以分析 。
３１ 平面 路由协议 ．
在这 类协 议 中，所有节 点不 分层次 ，所 以称 为平 面 协 议，工作 时一般ｓｎ ｉｋ节点向特定 区域 的节点发 出查询命 令 ，该 区域 内的节点 收到查询 命令后，ｉ ｉｋ 点发送数 ￣ｓｎ 节
据。
节点 数量众 多，所 以多是微型的， 电池 的容量一般十分有 限。ＷＳＮ的节 点节能要 求远 比普通Ａｄ ｈ ｃ 点要 求高， ｏ节 因此在传感器网络设计过程 中，任何技 术和协议 的使 用都 要以节能为前提 。
（ ）Ｆｏ ｄｎ 与Ｇ０ ｓｐｎ １ Ｉｏ ｉ ｇ ｓ ｉｉｇ 它们 是 传 感 器 网络 应 用 最 早最 简 单 的 路 由协 议 ，
器 网络 的特点如下：
协议可 以根据网络结 构的不 同，分 为平 面路 由协议 、层次
化协议 以及地理位置路 由协议；也可 以依据协议算法 的不
同，分 为基于 多路选 择 的路 由协 议 、基于查 询 的路 由协
圜 困 回 国 圆
议 、基于协商的路 由协议 、基于Ｑｏ Ｓ的路 由协议 等；还可 以由信息源如何找寻发包 的路径 ，将各协议分 为主动式路
络。
无线传感器网络路由的比较
包 括 ：① 多层 聚类算 法 ，是 一种 新 的聚类 实现 机 制， 网络 中 的传 感器 节点分 为不 同 的层次 ， 节点 通 过竞 争获 得提 升高层 的机会 ，然 而复 杂 的层 次关
法的特殊性等 。 因此 ， Ｎ的网络协议 的设计与 目 ＷＳ
前 现 有 的各 种 传 统 网 络 协议 的设 计 有 较 大 的 区
别， 从而 要根据 ＷＳ 的 自身特点进 行设计 路 由协 Ｎ
算
究
Ｉ 接 收器 节 点 ； 簇 头节 点 ； ◆
ｏ 传 感 器 节点 。 图 １ 无 线传 感 器 网 络 体 系 结构
器 网络将逻辑 上 的信息 世界 与客观上 的物理 世界 的融合 ， 变了人类 与 自然界 的交互方 式 ， 改 因而它 具有广 泛的应 用前景『 美 国商业周刊和 ＭＩ Ｉ ｌ 。 Ｔ技术
知周 围环境 的发 生事件 ， 以及采集 数据信 息 ， 并且 立 即把数 据传送 给它 的簇 头节点 。簇 头 节点把 跟 它连接 的传感器 节点 的信 息融合 处理后 ，发送 给 接收器 节点 ，然后 接收 器节点把数 据进 一步融 合
接
１２ 网络协议栈 ．
感
随着 人们 的深 入研 究发 现 无线 传感 器 网络 协
大学 在 职 硕 士 研究 生 ， 究 方 向为 无 线传 感 器 网络 。 研
胡 克 满 等 ： 线 传 感 器 网络 路 由 的 比较 无
议 主要 包括 物理 层 、 据 链路 层 、 数 网络 层 、 输 层 传 和应用层 上的协议 。同时 ， 议栈还 包括能量 管理 协 平 台、 动管理平 台及 任务管 理平 台。传感器 能量 移 的有 限使得 研究 节能成 为无 线传 感器 网络 设计 中
无线传感器网络路由协议的比较研究
２无 线传感器 网络 的体 系结构
２１ 线 传感 器 的网 络结 构 ．无
一
设计主要考虑以下几条因素 ：） ｆ 能量 高效 性 。能 量 的有 效 利 用 仍 １
是 最 重 要 的 原 则 ， 感 器 网络 路 由协 议 不 仅 要 选 择 能 量 消 耗 小 的 传 路 径 ， 且 要 从 整 个 网 络 的角 度 来 考 虑 ， 择 使 整 个 网 络 能 量 均 而 选
通 信 模 块 的 能 量 消 耗起 着 至关 重 要 的影 响 ， 此设 计 一 个 良好 的 因 路 由协 议 对 ＷＳ 的发 展起 着至 关 重 要 的 作用 。ＷＳ Ｎ Ｎ路 由协 议 的
同 现 有 的 各 种 网络 协 议 的设 计 有 较 大 的 不 同 之 处 ， 而 面 临着 各 种 新 的 挑 战 。 在协 议栈 的众 多 协 议 中 ， 网络 层 的路 由协 议 的算 法 研 究作 为一 项 关 键 技术 已成 为 目前研 究 的热 点
３１ 由协 议设 计 的原 则 ．路
与 传 统 网 络 的 路 由协 议 的 目的一 样 ． 由 协 议 主要 是 解 决 如 路 何 将 信 息 从 信 息 源 传输 到 目的地 ， 于 ＷＳ 对 Ｎ来 说 ， 就 是 在 传感 也
器节点与汇 聚节点之间建立路 由 ． 为用 户 可 靠 地 传 递 数 据 。 即确
维普资讯
・
网 络 通 讯 与 安 全 。 。
无线传感网络路由协议的研究现状与发展
大量的研 究。本文就其 中几种具 有代表性 的路由协议算法 进行 分析 和比较 ，旨在为 实际选择应 用提 供参 考。
２ １ 年第 ２ 期 ００ ０
Ｃ Ｉ ＣＥ Ｃ Ｎ ＥＨ Ｏ Ｏ Ｙ ＩＦ Ｒ Ａ Ｉ ｃ ． １ ＨＮ Ｓ Ｉ ＥＡ Ｄ ＴＣ Ｎ Ｌ Ｇ Ｎ Ｏ Ｍ Ｔ Ｎ Ｏ ｔ ０ ０ Ａ Ｎ Ｏ ２
这 些 改进 的 算 法 都存 在一 定 的 局 限性 ， 有 的是过 多地 引入 了数据 传输 时延 ，有 的 则 降 低 了预 测 准确 性 或 造 成 能量 的过 多 消耗 ，都 不能 从根 本上 解决 贪婪算法 的 两个缺 陷。 针对 上述 问题 ，国防 科学技 术大学 张衡 阳等人提 出了一种实时可靠的Ｑ Ｓ ｏ 贪
息和 网络梯度 的贪婪型路 由算 法 陈祖
条路径 上走 过的蚂 蚁越 多 ，则 后来被
信息 ，并发布给观 察者…。无线传感器 网 １ 爵等人提 出的基于 距离有效性的层次路由 ｛周宁提 出的基于 ＲＳ Ｉ Ｓ 的机会主义 络是 由多个带有传感器、数据处理单元及 协议 路 由算法＂ 等等 。 通信模块的节点组成 的 ， 这些节点要根据 ２１ ．贪婪算法路 由协议 不同的数据采集任务需求按 白组织的方式 Ｊ
一
方兴 未艾 ，主要有 Ｗｕ Ｄ 等 人提 出的一 ｉ 种类似 Ａ０ＤＶ 协议 的 ＢＲＩ Ｂｏ ｎ ｅ Ｔ（ ｕ ｃ Ｒｏ ｔｎ ｎ Ｔｕ ｎ ｌ） ｕｉ ｇ ｉ ｎ ｅｓ新路 由算法 ｉ ＩＬ Ｈｏ ａ 等人提出的基于簇单元拓扑的无线路
由协 议 ＲＧ （ ｌａ ｌ Ｇ ｏ ｒ ｐ ｉａ ＡＦ Ｒｅｉ ｂｅ ｅ ｇ ａ ｈ ｃ ｌ Ａｄ ｐ ｉｅ Ｆ ｄ ｌ ｙ）Ｉ香港科技大学 Ｌ ａ ｔｖ ｉｅｉ Ｉ ｔ ｉ Ｍａ 等人提 出的结构感知 自适应的路 由算 ｏ 法 ｌ童敏 明等人提 出的一种基于位 置信
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。
无线传感器网络路由协议
其它路由协议
• 洪泛方式：
– Flooding – Gossiping – Rumor routing – Energy-ware routing – CADR (constrained Anisotropic)
• 地理信息方式：
– GEAR (geographic and energy aware routing) – GEDIR (the geographic distance routing)
最后，提出了无线传感器网络未来的研究方向和难点。
引言
无线传感器网络(WSN) 集多种技术于一体,因其在战场感 知、反恐、工业制造自动化、分布式机器人、环境监测、 自然灾害预防、医疗保健、智能家居、航空管制、空间探 索等众多领域有着广泛的潜在用途,正在成为当前技术研 究的一个热点。 1999 年8月美国“商业周刊”将其列为21 世纪最重要的 21 个技术之一; 2003年,美国《技术评论》杂志论述未来新兴十大技术 时,WSN被列为第一；美国《今日防务》杂志更认为WSN的 应用和发展将引起一场划时代的军事技术革命和未来战争 的变革。可以预测,WSN是信息感知和采集的一场革命,是 21世纪最重要的技术之一。 我国“国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020) ” 将其列为信息产业及现代服务业的优先发展主题之一, 预 计2015 年WSN 将成规模大量推广使用。
未来研究探讨
目前无线传感器网络路由协议均假定传感器节点和Sink是 静态的,新的路由算法需要在考虑能量有效性的前提下提 供对节点移动的支持,并能处理网络拓扑改变带来的额外 开销； 将传感器网络与Internet结合在一起的路由协议也是未来 可以考虑的研究方向； 无线传感器网络路由面临的特殊威胁,安全路由技术成为 无线传感器网络的重点研究方向； 把信息的采集、处理、传输和安全性融为一体,实现无线 传感器网络的实际构架; 协议本身的攻击与防范
无线传感网络路由协议
无线传感网络路由协议无线传感网络（Wireless Sensor Networks，WSNs）是一种由大量分布式的传感器组成的网络，能够实时采集和传输环境信息。
在WSNs 中，传感器节点通过路由协议进行通信，将数据从源节点传输到目的节点。
因此，路由协议在WSNs中起着至关重要的作用。
本文将探讨无线传感网络路由协议及其相关问题。
一、无线传感网络路由协议的基本原理无线传感网络路由协议的基本原理是将传感器节点之间的数据传输通过多跳方式进行。
每个传感器节点都具有有限的通信范围，无法直接与目的节点通信，而是通过与相邻节点进行通信，逐跳传输数据。
路由协议的目标是寻找最佳的传输路径，使得数据能够高效地从源节点传输到目的节点。
二、无线传感网络路由协议的分类根据路由协议的设计思路和目标，无线传感网络路由协议可以分为以下几类：1. 层次化路由协议：层次化路由协议将传感器节点划分为若干层次，每个层次中的节点具有相同的任务或功能。
不同层次之间通过特定的路由算法进行通信。
层次化路由协议可以提高网络的可扩展性和能力。
2. 平面路由协议：平面路由协议假设传感器节点具有相同的功能和任务，并且彼此之间没有明确的层次结构。
节点之间通过路由表进行通信，通过自适应算法动态地更新路由表，选择最佳的传输路径。
3. 基于位置的路由协议：基于位置的路由协议利用传感器节点的位置信息来确定传输路径。
根据节点的位置关系，选择离目标节点最近或具有最佳传输条件的节点作为中继节点。
4. 基于能量的路由协议：由于传感器节点的能量资源有限，基于能量的路由协议考虑节点能量消耗和剩余能量等因素，选择最佳的传输路径，以延长网络的生命周期。
三、无线传感网络路由协议的挑战和解决方案在无线传感网络中，路由协议面临着许多挑战，如节点能量消耗、网络拓扑变化、网络安全等。
为了解决这些问题，研究者提出了一系列的解决方案。
1. 路由协议优化：通过改进路由协议的设计和算法，减少路由路径的长度和跳数，降低能量消耗，提高网络的性能。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
无线传感网路由协议的分析比较
无线传感网技术是对当今经济和社会进步发挥重要作用的技术，对于现代军事、信息技术、制造业等多个重要的领域产生着巨大的影响。
而无线路由协议则是无线传感网研究中的热点问题。
文章对于几个典型的平面路由协议和分层路由协议进行了介绍，分析了它们各自的利弊，并对它们进行了比较。
标签：无线传感网；路由协议；传感器节点
1 无线传感网概述
无线网络即使用无线传输介质的网络。
目前有两种无线网络，基础设施网络和对等网络。
基础设施网络的无线终端需要配置无线网卡，并通过接入点（AP）连接入网。
对等网络即Ad hoc网络，不需要AP的支持，终端设备之间可以直接通信。
无线Ad hoc网络又可分为两类，移动Ad hoc网络和无线传感器网络。
前者的终端是快速移动的，后者的结点是静止的或者移动很慢。
无线传感网由大量的静止或移动的传感器组成，它们以自组织和多跳的方式构成无线网络，相互协作以探测、处理和传输网络覆盖区域内感知对象的监测信息，并报告给用户。
无线传感器网络技术在军事应用、智能家居、环境监测、建筑物质量监控、医疗护理等各个方面都有广泛应用[1]。
无线传感网的系统结构包括监测区域（Sensor Field）、传感器节点（Sensor Node）和汇聚节点（Sink Node）[2]。
监测区域中包含了各种需要采集数据的观察对象；传感器节点用于采集观察对象的相关数据，并将处理后数据传给汇聚节点；汇聚节点用于收集由传感器节点传递来数据，并将数据传送到远程中心进行集中处理。
2 无线路由协议
无线路由协议是无线传感网研究中的热点问题。
无线传感网的路由协议负责在源节点和目的节点之间可靠地传输数据，包括路由选择和数据转发两个功能。
根据网络的拓扑结构是否有层次，可以将路由无线路由协议分为平面路由协议和分层路由协议[3]。
2.1 平面路由协议
平面路由协议适用于具有平面结构的网络，所有节点之间地位平等，协议相对简单。
源节点和目的节点之间一般存在多条路径，可共同承担网络负荷，通常不存在瓶颈，网络具有较强的健壮性。
然而，节点的组织、路由的建立、控制与维持所产生的开销需要占用较大的带宽，从而影响网络数据的传输速率。
另外，当网络规模较大时需要损耗很大的能量，并且网络的可扩展性较差。
因此，平面路由协议只适用于规模较小的网络。
2.1.1 Flooding协议。
Flooding（洪泛）路由协议是最早也是最简单的路由协议，节点接收到消息后以广播形式转发给所有相邻的节点，直到数据包到达目的节点（成功）或跳数达到最大值（丢弃）。
此协议的优点是协议简单，节点只负责无条件地转发数据包，不需要维护网络拓扑及相关路由算法，但也因此造成效率不高。
另外，节点如果几乎同时从邻居节点收到多份相同数据会产生广播风暴；节点如果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会产生交叠；节点不考虑自身资源限制，在任何情况下都转发数据会造成资源的盲目利用。
2.1.2 Grossing协议。
Grossing（闲聊）路由协议在Flooding协议的基础上进行了改进，节点对于产生或收到的数据并不是无条件转发，而是随机转发，因此在一定程度上解决了Flooding协议广播风暴的问题。
但是随机转发数据增加了信息传输的平均时延，导致传输速度变慢，并且无法解决部分交叠和盲目利用资源问题。
2.1.3 SPIN协议。
SPIN（信息协商传感协议）是一种自适应路由协议，通过协商机制解决了广播风暴的问题。
节点不广播完整的采集数据信息，而是先广播数据的属性描述信息（元数据）。
只有当其他节点有相应的数据请求时，才有目的地向其发送完整数据信息。
因此在SPIN协议中需要定义三种类型的消息，ADV、REQ和DATA。
ADV即广播的元数据，REQ用于请求发送数据，DATA 即完整数据信息。
2.2 分层路由协议
分层路由协议适用于分层结构网络，网络被划分成多个簇。
每个簇按照一定规则选举一个簇头，其它为簇成员。
簇头节点不仅负责所管辖簇内数据的收集和处理，还负责负责簇间数据的转发，而簇成员只负责数据的采集。
2.2.1 LEACH协议。
LEACH（低功耗自适应聚类）协议的基本思想是通过等概率地随机循环选择簇头，将整个网络的能量负荷平均分配到每个传感器节点[4]。
在LEACH协议中，各个节点可以机会均等地成为簇头节点，实现了负荷分摊，降低了网络能量耗费、延长了网络生命周期。
但是不是每个节点都能与汇聚节点直接通信，扩展性差，不适合大规模网络。
同时，协议没有考虑到簇头节点的均匀分布，有可能某个区域簇头节点较集中，而其他区域没有任何簇头。
另外，频繁选举簇头引发的通信量耗费了能量。
2.2.2 TEEN协议。
TEEN（阈值敏感的高效节能传感器网络协议）是在LEACH 的基础上发展而来的，只是在数据传送时采用了不同的策略。
该协议设置了硬、软两个阈值，在每次新簇头产生时将它们广播出去。
节点
监测到的数据第一次超过硬阈值时，就把此数据设为新的硬阈值，并在下一个时隙发送给簇头。
然后只有当监测到的数据超过硬阈值并且监测数据的变化幅度大于软阈值时，节点才会传送最新的监测数据，并将它设置为新的硬阈值。
通过调节两个阈值的大小，可以在精度要求与系统能耗之间取得平衡。
并且可以监视一些突发事件和热点地区，减少了不必要的数据传输。
但是门如果限值始终达不到，节点就不会和簇头通信，用户将无法得到任何数据。
另外，节点监测到合适的数据会实时传输，但是采用TDMA方式会导致数据延迟。
2.2.3 PEGASIS协议。
PEGASIS（传感信息系统的节能积聚）并不是严格意义上的分层路由协议，但借鉴了分簇算法的思想。
各传感器节点选择最近的邻居节点形成链，并采用一定的算法选举链首，链首与汇聚节点可直接通信。
协议利用令牌来控制各节点的数据沿链传送到链首，在传送过程中可聚合数据，再由链首传递给汇聚节点。
当链两端的数据都传送完成时，开始新一轮选举与传输。
3 无线路由协议性能比较
由上可知，各路由协议各有利弊。
下面协议的路由结构、生存时间、节点定位、健壮性、可扩展性、节能性、节点移动性等方面进行总结。
从表中可以看出，平面路由协议较为简单，适用于小型网络，而分层路由协议性能较好，适用于大型网络。
4 结束语
文章首先介绍了无线传感网的概念、系统结构和特点，然后将无线路由协议分为平面路由协议和分层路由协议，并介绍了几种典型的无线路由协议，并对它们的优缺点进行了分析。
最后对几种路由协议从各个方面进行了比较。
参考文献
[1]余成波，李洪兵，陶红艳.无线传感器网络实用教程[M].北京：清华大学出版社，2012.
[2]李建中，李金宝，石胜飞.传感器网络及其数据管理的概念问题与进展[J].软件学报，2003（3）.
[3]崔逊学，左从菊.无线传感器网络简明教程[M].北京：清华大学出版社，2012.
[4]Gaurav Gupta，Mohamed Younis. Load-Balanced Clustering of Wireless Sensor Networks[J]. Proceedings of the 2nd ACM international symposium on Mobile ad hoc networking & computing.2003.
作者简介：石瑞华（1983-），女，江苏苏州人，硕士，苏州工业职业技术学院讲师，研究方向为通信技术。