无线传感器网络分层路由协议研究
无线传感器网络中的路由协议
无线传感器网络中的路由协议随着科技的不断发展，无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）已经逐渐成为了一种被广泛研究和应用的技术。
无线传感器网络拥有广泛的应用领域，如军事、环境监测、智能家居、健康管理等。
在这些应用中，无线传感器网络的安全、可靠性和生命稳定性是至关重要的。
为了保证上述三个要素，需要一个高效、稳定且可扩展的路由协议来管理无线传感器网络中的数据传输和路由决策。
无线传感器网络与传统的局域网和广域网不同，它不具有结构上的中心，而是由大量分散的节点构成，这些节点协同工作来达到目标。
由于节点之间的距离很近，数据包在此类网络中往往是通过多跳传输。
一个好的路由协议应当考虑网络中所有节点的负载以及能源消耗，尽可能地减少数据包的延迟和数据包的丢失。
这是无线传感器网络中的路由协议需要考虑的主要问题。
在无线传感器网络中，有三种主要的路由协议：平面机制、分层机制和混合机制。
1. 平面机制平面机制是指所有节点都属于同一层次，没有层次结构。
节点之间通过广播协议（如Flooding protocol）相互传递数据。
节点只需知道自己的邻居节点，数据包的传输是由遍布整个网络的节点负责的。
这种方法简单且易于实现，但会导致网络不稳定，易出现死循环和数据洪泛问题。
因此，在实际应用中很少使用。
2. 分层机制分层机制是指将节点按照其功能和自己所处的位置划分为不同的层次。
分层机制将一个大的无线传感器网络划分为多个小的子网络，每个子网络都有一个负责节点。
子网络之间通过中继节点进行通信，可以减少数据的传播距离和提高传输速率。
分层机制通常由三层组成：传感器层、联络层和命令层。
传感器层负责数据的采集与传输，联络层负责中继和路由，命令层负责网络控制和管理。
分层机制的优点是可以有效降低网络负载和节点的能源消耗，提高网络的生存率和稳定性。
常见的分层机制路由协议有链路状态广告协议(LSP protocol)、电子飞秋协议(EFQ protocol)等。
无线传感器网络路由协议研究进展
无线传感器网络路由协议研究进展摘要在无线传感器网络体系结构中，网络层的路由技术至关重要。
在介绍无线传感器网络的特点后，对现有的无线传感器网络路由协议进行了分类，然后着重分析了一些有代表性的路由协议的路由机制，并指出了这些协议的优缺点和应用范围。
最后结合该领域当前研究现状，指出了路由协议未来的研究策略与发展趋势。
关键词无线传感器网路；路由协议；路由分类；路由机制中图分类号tn8 文献标识码a 文章编号 1674-6708（2011）35-0173-030 引言随着微电子技术，无线通讯与传感技术的发展，无线传感器网络[1]（wireless sensor networks， wsns）引起了人们广泛的关注。
wsns是由部署在监测区域内的大量廉价微型传感器节点组成，通过无线通讯方式形成的一个多跳的自组织的网络系统。
wsns不需要固定网络支持，在军事国防，生物医疗，环境监测及智能家居等领域具有广阔的应用前景[2]。
作为一种新型的无线自组网络，无线传感器网络与传统的移动自组织网络（mobile ad hoc networks，manet）有着明显的差异，主要体现在：1）wsns节点不移动或很少移动，而manet节点移动性强；2）wsns络旨在收集信息，而manet则倾向于分布式计算和端到端通信；3）wsns节点的能量、存储空间和计算能力有限；4）wsns节点通讯高能耗，数据计算低能耗，节点会因能量耗尽而失效；5）wsns节点数量更大，分布范围更广，节点没有统一编址，节点之间通过广播、多跳通信方式进行数据交换；6）wsns节点产生的数据具有较大的冗余度；这些差异使得manets路由协议不适合直接运用到wsns中，需要结合wsns的特点对其进行改进，提出新的路由协议。
本文对当前较为典型的路由协议进行了分类和总结，指出了路由协议将来发展的趋势，目的在于为路由协议的进一步研究作参考。
1 传感器网络路由协议分类研究近几年，人们提出多种基于不同应用目标的路由协议，并根据不同的应用对路由进行了分类研究与比较[3，4]。
节能的无线传感器网络分簇路由协议的研究
摘
要 ：Ｅ Ｃ ＬＡ Ｈ协议 是无线传感器 网络 中典 型的分簇式路 由协议 ， 通过分析 Ｌ Ａ Ｈ协议 的优 缺点 ， ＥＣ 针对该协议 的簇首选择
机制进行改进 ， 出了 Ｌ Ａ Ｈ－Ｅ Ｐ的分 区域簇首选择算法 ， 提 Ｅ Ｃ ＳＲ 该算 法将整个 网络分 成若干个 扇形 区域 ， 每个扇形 区域 内独 在 立地运行改进 的 Ｌ Ａ Ｈ协议 ， ＥＣ 同时区域簇首与基站之间的通 信由传统 的单 跳改为多跳 ， 并进行 了仿 真分析 。仿真 结果表明 ，
阔的前 景和很 高 的应 用 价值
。
但 是无线 传感 器 网络 固有 的缺点使得 它在 具体 的应用 中有一 些 局 限性 ， 比如 说 传感 器 节 点 的 能量
Ａｂｓｒ ｃ ： Ｌ ｔ ａ ｔ ＥＡＣＨ ｒ ｔ ｃ ｌｉ ｙ ｉａ ｌ ｓｅ ｉ ｇ ｒ ｕ ｉ ｒ ｔ ｃ ｌｏ Ｓ Ｐ ｏｏ ｏ ｓ ａ ｔ ｐｃ ｌｃ ｕ ｔｒｎ ｏ ｔ ｎｇ ｐ ｏｏ ｏ ｆＷ Ｎ
．
Ｔｈ ｓ ｐ ｐｅ ｅ ｅ ｒ ｈ ｄ ｔ ｅ ａ ｖ ｎ ａ ｅ ｉ ａ ｒｒ ｓ ａ ｃ ｅ ｈ ｄ ａ ｔ ｇ ｓ
Ｌ Ｕ ｕ ｎ ｉ Ｉ Ｌ ｙ ａ ，ＬＵ ／ Ｙ ａ ｌ ，Ｌ ａ ｕ ｎ Ｄｉ
（ ｅａｔｅｔｆＣ ｍ ｕｅ ｃ ｎｅａｄＴｃｎｌ ｙ Ｄｐ ｒ ｎ ｏ ｐ ｔ Ｓｉ ｃ ｎ ｅｈ ｏ ｇ ，Ｗｕａ ｎｖｒｔ ｆ Ｔｃｎｌ ｙ ｍ ｏ ｒ ｅ ｏ ｈ ｎ Ｕ ｉ ｓｙｏ ｅｈ ｏ ，Ｗｕａ ３ ０ ３ ｈｎ ） ｅｉ ｏ ｇ ｈ ｎ４ ０ ６ ，Ｃ ｉａ
Ｅ Ａ Ｃ： １０ Ｅ Ｃ ６５ Ｐ
ｄ ｉ １．９９ｊｉｎ １０ １９ ．００ １．２ ｏ ： ０ ３ ６ ／ ．ｓ ．０ ４— ６ ９ ２ １ ． ２ ０ ５ ｓ
无线传感器网络中的路由协议选择原则
无线传感器网络中的路由协议选择原则随着技术的发展，无线传感器网络已经成为了当今热门的研究领域之一，逐渐应用到了各种监测和控制领域中。
在无线传感器网络中，路由协议的选择是十分关键的，对于网络的性能和节点的能耗有非常重要的影响。
因此，本文将介绍一些无线传感器网络中路由协议选择的原则。
一、路由协议的分类与特点在无线传感器网络中，路由协议一般分为两类：平面和分层。
1. 平面路由协议平面路由协议使用无层次的路由方案，使用相同的协议层次来协调路由过程。
常见的平面路由协议有LEACH、PEGASIS等。
它们都具有低能耗、低成本、易于实现等优点，但是其网络容量、数据传输速率和网络拓扑结构都不够灵活。
2. 分层路由协议分层路由协议则使用层次化的路由方案，通过将网络分成不同的层次来提高路由效率。
常见的分层路由协议有EAR、TEEN等。
它们具有设备节点灵活性、路由效率高等优点，但是更为复杂，需要更高的计算能力。
以上是两种常见的路由协议，不同的协议适用的场景也有所不同。
二、路由协议选择的原则1. 针对应用场景选择路由协议嵌入式系统的特点为资源受限，因此在选择路由协议的时候需要根据应用场景选择合适的协议。
如对于一些时间敏感的应用，需要更加稳定和快速的路由协议。
而对于延迟不敏感的应用则可以使用较为灵活、简单的路由协议。
2. 适配节点和网络在选择协议的过程中，需要考虑到设备本身的硬件资源特性和网络的通信环境特点。
设备的处理器性能、存储容量、电量以及通信范围等都会影响协议的选择。
而网络的拓扑结构、通信质量和网络规模等则会影响分布式算法的设计和协议的选择。
3. 学习不同协议的特点不同的路由协议有不同的优缺点，需要具体问题具体分析。
研究人员可以通过对不同的路由协议进行分析，了解其特点和适用范围，从而选择最适合自己需要的协议。
4. 充分考虑能耗和性能在无线传感器网络中，节点的能耗是一个至关重要的问题。
因此，在选择路由协议的过程中应充分考虑节点的能耗和性能问题。
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。
无线传感器网络中的多路径路由协议的研究
无线传感器网络中的多路径路由协议的研究无线传感器网络（Wireless Sensor Network，简称WSN）作为一种新兴的网络形式，被广泛应用于各个领域，如环境监测、智能交通、智能家居等等。
由于节点间距离较远、节点能量有限、节点密度较大等特点，WSN的路由协议设计成为一项极具挑战性的任务。
而多路径路由协议作为一种解决节点间能量消耗不均、路由可靠性差的问题，成为WSN路由协议研究的热门方向。
本文将介绍无线传感器网络中多路径路由协议的研究进展及存在的问题。
一、多路径路由协议的概念及分类多路径路由协议是指通过利用多条路径从源节点到目标节点的传输，以提高网络性能、降低传输时延与错误率等问题的解决方案。
根据路由协议的不同特点，可将其划分为三类：基于混沌的多路径路由协议、基于动态路由的多路径路由协议、基于负载均衡的多路径路由协议。
其中，基于混沌理论的多路径路由协议是利用混沌性质的多条路径路由协议。
该协议快速收敛且能够抵抗攻击，但其存在路由选择困难以及漏洞等问题。
基于动态路由的多路径路由协议则是通过在网络中选出多个途径，使得数据流能够在这些途径之间传输。
该协议具有快速适应网络环境、路由计算较为简单等特点，但存在路由优化不足、负载不均衡等问题。
基于负载均衡的多路径路由协议主要是为了保证网络的稳定性以及负载均衡，该协议能够有效地提高网络的传输性能、增强网络的适应能力以及灵活性，但在节点能量消耗方面仍需要更好的优化。
二、多路径路由协议的研究现状在WSN多路径路由协议的研究中，学者们主要从以下几方面进行了深入探究：1、路由选择问题在WSN网络中，由于节点能量消耗不均、节点密度不一致等因素的影响，导致节点与节点间的路由选择存在较大差异，从而影响网络的整体性能，进而影响数据传输的可靠性。
针对这一问题，研究者开发出了许多基于能量消耗均衡的路由选择机制，如LEACH、SEP、EECR等算法，能够有效提高网络的稳定性，提高网络的传输效率。
无线传感器网络中的网络协议研究
无线传感器网络中的网络协议研究在当今数字化和智能化的时代，无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）正逐渐成为信息领域的重要组成部分。
它由大量分布在监测区域内的传感器节点组成，这些节点通过无线通信方式形成一个自组织的网络，能够实时感知、采集和处理各种环境信息，并将其传输到数据中心进行分析和决策。
而在无线传感器网络中，网络协议起着至关重要的作用，它决定了网络的性能、可靠性和能量效率等关键指标。
无线传感器网络的特点使得其对网络协议提出了独特的要求。
首先，传感器节点通常能量有限，而且很多情况下难以更换电池，因此网络协议必须具备低能耗的特性，以延长网络的生命周期。
其次，由于传感器节点的计算和存储能力相对较弱，协议的设计应该尽量简单高效，避免复杂的计算和大量的存储需求。
再者，网络中的节点分布密集，通信容易受到干扰和冲突，这就要求协议能够有效地解决信道竞争和冲突避免的问题。
此外，传感器网络的规模可能很大，节点可能会动态地加入或离开网络，协议需要具备良好的可扩展性和适应性，以应对网络拓扑的变化。
在无线传感器网络中，MAC（Medium Access Control）协议是决定节点如何共享无线信道资源的关键协议。
常见的MAC协议有基于竞争的协议和基于时分复用的协议。
基于竞争的MAC协议，如CSMA/CA （Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance），节点在发送数据前先监听信道，如果信道空闲则发送数据，否则等待随机时间后再次尝试。
这种协议的优点是简单灵活，但容易产生冲突，导致能量浪费和传输延迟增加。
基于时分复用的MAC协议，如TDMA（Time Division Multiple Access），将时间划分为固定的时隙，每个节点在指定的时隙内发送数据。
这种协议能够有效地避免冲突，但需要严格的时间同步，实现起来相对复杂。
无线传感器网络分簇路由协议的改进研究
ＥＡ（ ＝ ｘ ） ｋ
其 中 Ｅ 是信号 放大器 的放大倍数 ， 是发射 Ｅ Ｅ
电路 所 消 耗 的能 量 ． 发送 节 点 和接 收 节 点 之 间 的 距 ｄ是
离。
簇首进 行通 信。 在稳定 阶段 ． 节点持续采集监 测数据 传
给簇 首 。簇 首 在将 数 据 转 发 给 Ｓ ｋ 点 前 ．先 对 从 各 ｉ 节 ｎ 节 点 接 收 来 的数 据 进 行 必 要 的 数 据 融 合 处 理 ．减 小 通 信 业 务 量 为 了避 免 额 外 的处 理 开 销 ． 定 阶段 一 般 比 稳
摘
要 ：针 对 无 线传 感 器 网络 （ Ｓ 中分 簇路 由协 议 Ｌ Ａ Ｈ 算 法 中簇 首 分 配 不 均 以及 簇 首 与Ｓｎ Ｗ Ｎ） Ｅ Ｃ ｉ ｋ
节 点 直接 通 信 问题 进 行 研 究 ． 出一 种 基 于 Ｌ Ａ 提 Ｅ ＣＨ 成 簇 思 想 的 分 簇 路 由协 议 。该 算 法 基 于节 点 剩 余 能 耗 和 已担 任 簇 首 时 间选 举 簇 头。 簇 头 间采 用 贪 婪 算 法 形 成 一 条链 ， 该链 中 在
ｃ｛＿ ｄ ｎ ｐ ‘× ＝ 。
善
ｃ
为： 传感器节点接收 ｋｂ 数据所消耗的能量为 ： ｉ ｔ
（ ， ｘ “ × ＋ × ≤ （ ２）
式中： Ｐ是 节 点 成 为 一 个 簇 头 的 期 望 百 分 比 ： ｒ为
ห้องสมุดไป่ตู้
当前 的 轮 数 ； 为 在 最 后 的 １ 轮 中还 没 有 成 为 簇 头 的 Ｇ ／ ｐ
在空 间上的均匀分布 ． 在某 些 情 况 下 ， 法 所 选 择 的簇 算 首 节 点 可 能 集 中在 某 一 个 小 范 围之 内 ．使 得 一 部 分 成 员 节 点 无 法 加 入 任 何 簇 或 者 与 簇 首 节 点 进 行 数 据 传 输
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无线传感器网络是一种由许多分布式传感器节点组成的网络，这些节点通过无线通信相互连接，可以实现对环境的监测和数据采集。
在无线传感器网络中，由于节点数量众多、能量有限、通信带宽受限等特点，网络中的传感器节点之间需要进行有效的组织和管理，以实现高效的数据传输和节能。
分簇路由协议是无线传感器网络中的一种重要的路由协议，它将传感器节点分成不同的簇（cluster），每个簇都有一个簇头节点（cluster head），负责进行数据的聚集和传输，从而减少网络中节点之间的通信量，延长网络的生命周期。
本文将围绕无线传感器网络分簇路由协议展开研究，探讨目前常用的分簇路由协议的特点、优缺点以及未来的发展方向。
一、分簇路由协议的基本原理在无线传感器网络中，节点之间通信的距离有限，而且节点的能量有限，为了延长网络的寿命并提高网络的传输效率，需要将节点进行分组管理。
分簇路由协议的基本原理是将网络中的所有传感器节点分成不同的簇，每个簇由一个簇头节点来管理，簇头节点负责接收本簇内所有传感器节点采集的数据并进行处理，然后将处理后的数据传输给下一级的节点，直到数据传输到基站或者数据融合节点。
分簇路由协议通常包括两个阶段：簇首选举阶段和数据传输阶段。
在簇首选举阶段，网络中的节点根据一定的规则选择自己所属的簇，并选举产生簇头节点，簇头节点的选择通常考虑节点能量、距离等因素。
在数据传输阶段，簇头节点负责接收和处理本簇内的数据，并将处理后的数据传输给下一级的节点，直到数据传输到基站或者数据融合节点。
1. LEACH协议LEACH（Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy）是一种经典的分簇路由协议，它采用轮换簇首节点的方式来实现能量的均衡消耗。
LEACH协议将网络中的节点随机地分为若干个簇，并由每个簇中的节点根据一定的概率选择自己所属的簇，并选举产生簇头节点。
簇头节点负责接收和聚集本簇内的数据，并将数据传输给基站。
物联网中的无线传感器网络路由优化研究
物联网中的无线传感器网络路由优化研究随着物联网技术的迅猛发展，无线传感器网络在各个领域的应用越来越广泛。
然而，由于无线传感器节点资源有限，以及网络拓扑变化频繁等原因，如何有效地优化无线传感器网络的路由成为一个重要的研究问题。
一、无线传感器网络的特点无线传感器网络由大量的无线传感器节点组成，这些节点分布在特定的区域中。
这些节点能够感知环境中的各种信息，并通过无线通信将这些信息传输到目标地点。
无线传感器网络具有以下几个特点：1. 自组织：无线传感器网络中的节点可以自动地组织成网络，无需人为干预。
节点之间通过无线通信协作完成数据传输任务。
2. 节点资源有限：无线传感器节点通常由电池供电，节点的能量、存储和计算能力都有限。
因此，在设计无线传感器网络路由时，需要考虑到节点资源的限制。
3. 网络拓扑动态变化：无线传感器网络中的节点通常是动态的，网络拓扑通过节点的移动而不断变化。
这对路由算法的设计提出了更高的要求。
二、无线传感器网络路由优化的意义无线传感器网络路由优化的目标是通过合理地选择传输路径，最大限度地节省能量、降低延迟，并保证网络的可靠性和稳定性。
路由优化可以提高网络的性能，延长节点寿命，并提高网络的适应性和扩展性。
三、无线传感器网络中的传统路由协议在无线传感器网络中，常用的传统路由协议有以下几种：1. LEACH（Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy）：这是一种基于分簇的路由协议，将传感器节点划分为若干簇，每个簇由一个簇头节点负责，通过簇头节点将数据传输到基站。
2. AODV（Ad-hoc On Demand Distance Vector）：这是一种基于距离向量的路由协议，通过维护路由表和请求-应答的方式实现数据传输。
3. DSR（Dynamic Source Routing）：这是一种基于源路由的路由协议，数据包中包含完整的传输路径信息，通过多跳方式将数据传输到目标地点。
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研究分析
无线传感 器网 络（ ＮБайду номын сангаас ｒｌ ｓＳｎｏ Ｎ ｔｏｋ 是 由部 署 ＷＳ Ｗｉ ｅ ｅｓｒ ｅ ｒ） ｅｓ ｗ
（ ）多跳路 由。节点通信能力有 限 ， ５ 节点 只能与它 的邻节点 直接通 信。如果希望与其射频覆盖范 围之外的节点通信 ， 则需要 通过中间节 点进行路 由。ＷＳ Ｎ中的多跳路 由通过普通节点实现 ， 每个节 点既是信息 的发起者 ， 也是信息的转 发者 。
刘 兆伟 杨 波 张 远 王 玉龙
ＷＡＮＧ ｕ —ｌ ｎ Ｙ ｏ ｇ
．
Ｌ Ｕ Ｚｈ ｏ—ｗ ｉ Ｙ ＮＧ Ｂｏ Ｚ ＡＮＧ Ｙ ａ Ｉ ａ ｅ Ａ Ｈ ｕ ｎ
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｔ ａ ｉ ｏ ａ ｏ ｔ ｇ ａ ｇ ｒｔｍｓ ｃ ｎ ｏ ａｉｆ ｈ ｐ ｃｆ ｅ ｔ ｒｓ ｏ ｉ ｌ ｓ ｅ ｓ ｒ ｎ ｔ ｒ ｓ ｓｒ ｃ ｒ ｄ ｔ ｎ ｌ ｒｕ ｉ ｌｏ ｉ ｉ ｎ ｈ ａ ｎ ｔ ｓ ｔ ｙ ｔｅ ｓ ｅ ｉ ｃ ｆａｕ ｅ ｆ ｗ ｒ ｅ ｓ ｓ ｎ ｏ ｅｗｏｋ ｓ ｉ ｅ
１ 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 、 线局 域 网 、ｄｈ ｃ 无 ａ ｏ 网络等 ， 与这些 网络相 比， Ｎ具有 以下 特点 … ： ＷＳ
（ ）硬件资源有 限。节点受 价格 、 １ 体积 和功耗 的限制 ， 计 其
２ 无线传感器 网络典型路 由协议
成 电路工艺的进步 ， 处理 器和 传感器模 块 的功耗变 得很 低 ， 大 绝
点还具 备移 动能力 ， 这些都会使网络的拓扑结构经常发生变化 。 （ ）节点数 量 多 ， ７ 分布 密集 。为了 对一个 区域 执行 监 测任 务 ， 向该区域投放大量 的传感 器节 点 ， 过节点 的高度连 接性 会 通
无线传感器网络中的路由协议与拓扑控制研究
无线传感器网络中的路由协议与拓扑控制研究无线传感器网络（Wireless Sensor Networks，简称WSN）是信息技术与传感器技术相结合的产物，被广泛应用于环境监测、智能农业、智能交通等领域。
在WSN中，节点间的通信是通过路由协议和拓扑控制来完成的。
路由协议用于确定数据的传输路径，拓扑控制则决定节点间的连接关系。
本文将探讨WSN中的路由协议与拓扑控制的研究进展和相关问题。
一、路由协议路由协议是WSN中最关键的技术之一，它决定了数据在网络中的传输路径。
常见的路由协议有多跳协议和基于地理位置的协议。
多跳协议是一种通过多跳传输数据的协议，它适用于网络中节点密集、能量消耗均匀的场景。
其中，最常用的是LEACH（Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy）协议。
LEACH协议以集群为基本单位，将网络划分为多个簇，每个簇选举出一个簇头节点来负责数据传输。
这样能够减少网络中节点的能量消耗，延长网络寿命。
然而，多跳协议的问题在于网络的吞吐量较低，在网络规模较大时会出现网络拥塞和延迟较高的情况。
基于地理位置的协议则是根据节点的地理位置信息来确定数据的传输路径。
其中，最典型的是GPSR（Geographic and Energy Aware Routing）协议。
GPSR协议利用节点的GPS定位信息来构建网络拓扑，通过选择距离目标节点更近的节点进行数据传输，降低能量消耗，提高网络的吞吐量和时延性能。
然而，基于地理位置的协议对于节点位置信息的准确性和网络规模的扩展性有一定的要求，也容易受到地理环境的影响。
二、拓扑控制拓扑控制是指在WSN中对节点之间的连接关系进行调整和优化，以提高网络的可靠性和性能。
常见的拓扑控制技术有链路估计和拓扑修复。
链路估计技术通过对节点间通信链路的质量进行评估和预测，根据链路质量对节点进行选择和排列。
其中，ETX（Expected Transmission Count）是一种常用的链路估计指标，用于评估节点间的信号强度、干扰和误码率等参数，从而选择可靠的链路进行数据传输。
面向无线传感器网络的分层路由协议设计
面向无线传感器网络的分层路由协议设计随着物联网的发展，无线传感器网络已经成为了重要的组成部分。
传感器节点数量庞大、网络拓扑复杂，因此对于传感器网络的路由协议设计提出了更高的要求。
这篇文章将会探讨一种面向无线传感器网络的分层路由协议设计。
一、传感器网络的路由协议无线传感器网络的路由协议分为扁平式路由协议和分层式路由协议。
扁平式路由协议将所有的传感器节点都视为平等的，通过单一的指标或多指标来选择最优路径。
由于传感器节点数量庞大，扁平式路由协议的网络开销和能量消耗会过高，因此分层路由协议应运而生。
分层路由协议将传感器节点分为多个层级，每个节点只需要知道相邻节点即可完成路由。
不同层级的节点将不会互相干扰，同时在分层的过程中可以将负载和流量进行均衡，减少网络拥塞和降低能耗。
分层设计可以通过节点的所处位置、任务分布、功率等因素来实现。
二、协议设计方案在本篇文章中，我们提出了一种基于分层结构的路由协议设计方案，该方案包括三层：数据采集层、路由层和应用控制层。
1、数据采集层这一层对传感器节点进行数据采集和处理。
采集到的数据包括温度、湿度、气压等常见的环境数据。
该层承担了大量的数据采集任务，需要低功耗和高效的算法。
2、路由层该层的主要任务是寻找最短路径以保证数据的传输和接收。
路由选择算法根据节点能量和网络拓扑来选择最优路径，并且动态调整路径重要性等参数，保持高效的路由状态。
3、应用控制层应用控制层通过建立应用程序和整个传感器网络之间的接口，实现将采集到的数据分析、处理和管理。
该层的设计是整个系统的一个重要部分。
三、协议设计流程1、数据采集。
该步骤中传感器节点会开启传输模式，将数据传输给下一层的路由节点，并对传输过程进行加密。
2、路由选择。
路由层通过算法选择最优路径，选择完毕后，路由节点将数据传输给目标节点。
3、接收数据。
目标节点接收数据后，由应用程序去处理和管理，最后呈现出来纯净数据。
四、协议设计的优点1、分层结构可以降低网络能量消耗，保持较高的网络吞吐量。
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。
无线传感器网络层次型路由协议研究与仿真
图 １簇型 网络模型 图１ 给出的是单层的分簇结构。这种分簇结构具有很
大的优 势 ：
把通信局部在簇内 ， 减少了长距离无线通信 ； 可以采用数据融合机制 ， 簇头把成员节点的数据进行
融合和压缩 ；
减少 了传输的数据量 ；
具有较好的可扩展性。 所 以簇型网络能有效地减少能量消耗 、延长 网络的生
的传感节点构成，所以路由协议的设计非常重要。文中首先分析无线传感器网络簇型网络模型的特点，然后在典型分
层路 由协议 Ｌ Ｅ Ａ Ｃ Ｈ的基础上做 出改进 ，最后在 Ｎ Ｓ ２平 台下设计模拟算法并进行仿 真 ，仿 真结果验证了路 由改进 算法
能够大大提升网络生存期的优点 。 ． ［ 关键词 】 无线传感器 网络 ； 路 由协议 ；层次型路由协议 ；Ｌ Ｅ Ａ Ｃ Ｈ； 分簇 ［ 中图分类号］ Ｔ Ｐ ２ １ ２ ． ９ 【 文章标识码 ］ Ｂ ［ 文章编号 】 １ ６ ７ １ — ５ １ ３ ６ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ３ － － ０ １ ３ ０ － ０ ３
２ 也叫分簇路 由协议。分簇的基本思想
命 周期 。在 此 网络模 型 下 主要 的层 次 型路 由协 议有 ： Ｌ Ｅ Ａ Ｃ Ｈ、 Ｉ Ｅ Ｅ Ｎ 、 Ｅ Ａ Ｒ Ｓ Ｎ 、 Ｐ Ｅ Ｇ Ａ ｓ Ｉ ｓ等。
是把网络中的传感器节点划分成若干个簇 ， 如图 １ 所示 。 每
负责簇间数据的转发和基站控制消息 的分发 。其 中成员节 点和簇头之间通信可以采取直接通信 的方式 ，也可以通过
多跳路由 ； 簇头节点还可以再产生更高一级簇首 ，以此递 归， 生成多层的分簇结构。
低功耗 自适应集群 分层型协议 （ Ｌ ｏ ｗ Ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙ Ａ ｄ ａ ｐ ｔ ｉ ｖ ｅ Ｃ ｌ ｕ ｓ ｔ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｈ ｉ ｅ ｒ ａ ｒ ｃ ｈ ｙ ， Ｌ Ｅ Ａ Ｃ Ｈ ） 通过采用下面的策略来节约能 量： 采用簇型结构 ， 把数据通信局部化在每个簇内 ， 减少 了 长距离无线通信 ； 运用数据 压缩和融合技术 ， 把多个数据包
分级无线传感器网络路由协议设计研究
维普资讯
第２ ８卷 第 ７期 ２０ ０ ８年 ７月
文章编号 ：０ １ ０ １ ２０ ）７—１４ ０ １０ —９ ８ （０ ８ ０ ８４— ３
计 算机 应用
Ｃｏ ｕ ｅ ｐ ｉａｉ ｎ ｍｐ ｔ ｒＡｐ ｌｃ ｔｏ ｓ
Ｖｏ ． ８ Ｎｏ ７ １２ ．
在动态的条件 下， 节点只可能知道局部相邻节点状 况 ， 所以上
述 路 由方 法 的 应用 受 到 限制 ＿ 。 ４ 本文 结 合 能量 路 由 协 议 ， 出 “ 别 ” Ｌｖ１ 的 概 念 ， 提 级 （ ｅｅ） 设
织设备组成 的， 这些设 备使用传感 器来协 同监控不 同区域的
Ｌｅ ｅ — ｓ ｄ ｒ ｕ ｉ ｏ ｏ ｏ ｓｇ ｏ ｕｌｉｈ ｐ ｗｉ ｅ ｅ ｓ ｓ ｎｓ ｒ ｎ ｔ ｒ ｓ ｖ ｌｂａ ｅ ｏ ｔｎｇ ｐｒ ｔ ｃ ｌｄｅ ｉ ｎ ｆ ｒ ｍ ｔ・ ｏ ｒ ｌ ｓ ｅ ｏ ｅ ｗｏ ｋ ・
Ｗ ＡＮ Ｊ — ｎ Ｇ ｉ ｌ ｎ ｉ
ｅ ｃｅ ｃ ，ａ ｄ ｔ ｅ ｌ ｅ ｓ ａ ｆｔ ｅ ｎ ｔ ｗ ｓ ａ ｓ ｘｅ ｄ ｄ Ｔ ｒ ｕ ｈ ｂ ｉｇ ｃ ｍｐ ｅ ｔ ｔ ｅ ｒ ｔｃ ｌ ， ｉ ａｉ ｉ ａ ｉ ｆ ｉｎ ｙ ｎ ｈ ｉ —ｐ ｎ ｏ ｈ ｅ ａ ｌｏ ｅ ｔｎ ｅ ． ｈ ｏ ｇ ｅｎ ｏ ａ ｄ ｗｉ ｏｈ ｒ ｐ ｏｏ ｏｓ ｔ ｖ ｌ ｔ ｗ ｓ ｆ ｒ ｈ ｓ ｄｙ
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。
无线传感器网络中的路由协议研究
无线传感器网络中的路由协议研究近年来，无线传感器网络（Wireless Sensor Network，简称WSN）正在被广泛应用于工业自动化、环境监测、智能交通等领域，成为新一代信息化技术的重要组成部分。
在WSN中，路由协议是数据传输的关键。
因此，无线传感器网络中的路由协议研究备受关注。
一、路由协议的定义和分类路由协议是指在一定的路由算法和路由协议信令的基础上，为数据在网络中寻找目的地址并传输的一种协议。
根据其设计的目的和方法不同，路由协议可分为集中式和分布式两种。
集中式路由协议将网络中的路由计算统一由中央节点完成，然后将路由表分发给其他节点。
分布式路由协议则是将路由计算过程分散到每个节点，并通过节点间的通信实现路由信息的交换。
在WSN中，采用分布式路由协议的情况比较普遍。
根据具体的路由算法不同，路由协议又可分为无层次、平面层次和分层三种。
无层次路由协议没有明显的层次结构，每个节点都可以进行路由计算和信息交换。
平面层次路由协议将网络分为若干平面，每个平面内的节点路由计算方式相同，不同平面间的节点需要交换路由信息。
分层路由协议则将网络划分为若干层次，每个节点只在本层次内进行路由计算，通过层间协作实现信息传输。
二、套路协议的性能指标路由协议的优劣可以通过一系列性能指标来评价。
主要包括：1. 能耗：WSN中的节点往往是由一小块电池供电，因此能耗是路由协议性能评价的重要指标之一。
2. 延迟：WSN中经常要求实时性很高，因此数据的运输时间成为了路由协议性能的重要方面。
3. 数据传输可靠性：WSN中节点的故障率较高，同时因为环境受到各种干扰，数据包丢失或重传的情况较为常见。
因此，保证数据传输可靠性是路由协议的重要目标。
4. 网络拓扑结构：路由协议的设计包括网络拓扑结构的策略，如何将路由表分发到各个节点，拓扑结构的影响因素有节点通信距离、信道带宽等。
三、常见的路由协议1.LEACH（Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy）：LEACH是WSN中应用性最广泛的集群协议，它采用分层结构以及分簇的方式降低整个网络的能耗，并利用定期轮换簇的方法来防止单个节点过早的能量耗尽。
无线传感器网络分层路由协议研究进展
式 快 速 有 效 地 传 送 给 观 察 者
份 ．所 以 典 型 的 基 于 Ｉ 协 议 无 法 应 用 于 无 线 传 感 Ｐ的 器 网络 ； 二 个 特 点 ， 典 型 的 通 信 网 络 不 同 的 是 ， 第 与 无 线 传 感 器 网络 需 要 从 多 个 源 节 点 向 一 个 汇 节 点 传 送 数 据 ； 三 个 特 点 ． 传 输 过 程 中 ． 有 很 多 节 点 发 送 第 在 会 的数 据 是 相 似 的 ，所 以需 要 过 滤 掉 这 冗 余 信 息 ． 从 而 保 证 能 量 和 带 宽 的 有 效 利 用 ： 四 个 特 点 ． 感 器 第 传
现 代
２ 平 面 路 由算 法
在 传 感 器 应 用 中 ， 每 一 个 节 点 建 立 一 个 唯 一 的 为 标识符 （ 是 无法实 现的 。 Ｉ Ｄ） 由于 传 感 器 节 点 是 在 没 有
控 等 这 些 系 统 把 从 传 感 器 节 点 收 集 来 的 信 息 进 行 聚 合 ． 而 得 到 有 用 的信 息 。 是 。 限 的 能 量 和 带 宽 限 从 但 有 制 了无 线 传 感 器 的 应 用 ． 而 对 大 量 节 点 组 成 的 无 线 从 传 感 器 网 络 提 出 了许 多 在 设 计 和 管 理 方 面 的 挑 战 传
摘
要 ： 阐 述 和 分 析 无 线 传 感 器 网 络 的 特 点 和 对 路 由协 议 的 要 求 ，从 无 线 传 感 器 网 络 及 其 协 议
概 述 ， － 以 数 据 为 ｑ 心 的 路 由 协 议 的 两 个 经 典 算 法 为 基 础 ． 一 步 分 析 高 效 的 以 数 据 ｖｑ ． － 进
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收稿日期:2007-10-03作者简介:杨菊英(1978-),女,四川绵阳人,硕士研究生,研究方向为无线传感器网、无线移动自组网;吕光宏,教授,博士,研究方向为光网络、无线传感器网等。
无线传感器网络分层路由协议研究杨菊英,吕光宏(四川大学计算机科学与技术学院,四川成都610064)摘 要:路由协议是WSN 研究中富有挑战性的问题。
由于WSN 自身的特点和通信需要,现有的无线自组网和互联网路由协议不适在WSN 中运行,无线传感器网络路由协议以节约能源为首要目标,并采用折中机制,使用户可以在延长网络生存期和提高网络吞吐量、降低延迟时做出选择。
无线传感器网络路由协议包括平面和分层路由协议两大类,文中介绍几种典型的分层路由协议,并根据路由性能指标进行了分析和比较,并指出了下一步的研究方向。
关键词:无线传感器网络;路由协议;生存期;簇中图分类号:TP393 文献标识码:A 文章编号:1673-629X (2008)06-0115-04Study of Hierarchical Routing Protocols in Wireless Sensor N et workYAN G J u 2ying ,L ΒGuang 2hong(School of Computer Science and Information ,Sichuan University ,Chengdu 610064,China )Abstract :In search of WSN ,routing protocol is a problem with challenges.The existing Ad -hoc and Internet protocol can ’t be directly applied to WSN because of its characters.One aim of WSN protocols is saving power and it takes advantage of compromise mechanism to prolong lifecycle ,throughput and decrease delay.According to nodes based on each protocol ’s working principles ,WSN routing protocols can be classified into flat and hierarchical.Analyzes and contrasts several basic hierarchical routing protocols.K ey w ords :wireless sensor network ;routing protocol ;lifecycle ;cluster0 引 言无线传感器网络(WSN )[1]是一种由成千上万的微传感器构成的具有动态拓扑结构的自组织网络。
针对WSN 节点能量受限、网络拓扑动态变化等特点,从1999年起,国外科研人员设计了多种面向WSN 的路由协议。
根据网络的逻辑结构,分为平面路由协议和分层路由协议两种。
平面路由中,所有节点地位平等,通过局部操作和反馈信息来生成路由。
在这类协议中,目的节点(sink )向监测区域的节点(source )发出查询命令,监测区域内的节点收到命令后,向目的节点发送所需的监测数据。
平面路由协议简单、鲁棒性较好,但缺乏对通信资源的优化管理,对网络动态变化的反应速度较慢,而在分层路由协议中,整个网络通常划分成相连的区域,每一个区域称为一个簇(Cluster )。
每个簇由一个簇头(Cluster head ,CH )和多个簇内成员(Cluster num 2bers ,CN )组成,低一级网络的簇头是高一级网络中的簇内成员,由最高层的簇头与目的节点或基站通信。
分层路由适合大规模的无线传感器网络环境,可扩展性好。
但簇首节点的可靠性和稳定性对全网性能影响较大,信息的采集和处理也会大量地消耗簇首的能量。
L EACH 是WSN 中第一个分层路由算法,它的思想引发了很多的路由协议的产生,如TEEN ,PEASIS 等。
1 几种典型的分层路由协议1.1 LEACHL EACH (Low -Energy Adaptive Clustering Hierar 2chy )协议[1～5]由MIT 的Chandrakasan 等人提出,它是第一种基于分簇结构和分层技术的无线传感器网络协议,在无线传感器网络路由协议中占有重要地位,其它基于分簇的路由协议如TEEN ,APTEEN ,PEG ASIS 等大都由L EACH 发展而来。
仿真表明,L EACH 与一般的平面多跳路由协议和静态分层算法相比,L EACH 可以将网络生命周期延长15%。
L EACH 的操作分成“轮”(Round )来进行,每一轮具有两个运行阶段:簇建立阶段(Set -up Phase )和簇稳定运行阶段(Steady -state Phase )。
为减少协议开第18卷 第6期2008年6月 计算机技术与发展COMPU TER TECHNOLO GY AND DEV ELOPMEN T Vol.18 No.6J un. 2008销,稳定运行阶段的持续时间要长于簇建立阶段。
在簇建立阶段,将所有节点划分为若干簇,每个簇随机选举一个簇头。
随机性确保簇头与Sink点之间数据传输的高能耗成本均匀地分摊到所有传感器节点。
具体产生机制是:每个传感节点生成0,1之间的随机数,如果选定的值小于某一个阈值T,则选该节点为簇头。
T计算方法如下:T=p1-p[r mod(1/p)]其中,p为节点中成为簇头的百分数(如0.05),r 是当前的轮数。
选定簇首节点后,通过广播告知整个网络。
网络中的其他节点根据接收信息的信号强度决定从属的簇,并通知相应的簇首节点,完成簇的建立。
最后,簇首节点采用TDMA方法为簇中每个节点分配向其传送数据的时间片。
在稳定阶段中,传感器节点将采集的数据传送到簇首节点。
簇首节点对簇中所有节点所采集的数据进行融合后再传送给汇聚点。
稳定阶段持续一段时间后,网络重新进入簇的建立阶段,进行下一回合的簇重构,不断循环。
每个簇采用不同的CDMA代码进行通信来减少其他簇内节点的干扰。
L EACH协议的特点[1,5]:(1)簇首节点融合簇内不同源节点所产生的数据,并发送到汇聚点,以减少传送到汇聚点的数据。
(2)L EACH采用基于TDMA/CDMA的MAC层机制来减少簇内和簇间的冲突。
(3)该协议非常适合于要求连续监控的应用系统,因为它的数据采集是集中的和周期性的。
(4)对于终端使用者来说,由于它并不需要立即得到所有的数据,因此协议不需要周期性地传输数据,这样可以达到限制传感器节点能量消耗的目的。
(5)在给定的时间间隔后,协议重新选举簇首节点,以保证无线传感器网络获取统一的能量分布。
尽管L EACH能够提高网络的生存时间,但协议所使用的假设条件仍存在一些值得讨论的问题[1]:1)由于L EACH假定所有节点能够与汇聚点直接通信,并且每个节点都具备支持不同MAC协议的计算能力,因此该协议不适合在大规模的无线传感器网络中应用。
2)协议没有说明簇首节点的数目怎样分布才能遍及到整个网络。
因此,很可能出现被选的簇首节点集中在网络某一区域的现象,这样就会使得一些节点的周围没有任何簇首。
由于L EACH假定在最初的簇首选择回合中,所有的节点都携带相同的能源,并且每个成为簇首的节点都消耗大致相同的能量。
因此,协议不适合节点能量不均衡的网络。
1.2 PEG ASIS与分层PEG ASIS1.2.1 PEG ASISPEG ASIS(Power-Efficient G athering in Sensor In2 formation Systems)协议[1,3,6]是在L EACH基础上改进设计的。
主要思想是把节点构造成一条链,每一个节点都通过其邻居节点进行数据的收发,并且在该链中只有一个节点与汇聚点或基站进行通信,从一个节点到另一个节点连续性的聚集、融合数据并传输到基站,该链式路径使用贪心算法构造。
如图1,节点C2被选为链首,并将链首标志向周围节点广播,收到链首标志的节点C0将数据传给节点C1;节点C1融合C0和自己产生的数据后,将数据传送给链首;同理,节点C4便将数据传送给C3,节点C3融合节点C4和自己的数据后将其传给C2。
节点C2接收到两个邻居节点传送的数据后,和自己的数据融合,最终将信息传送到汇聚点。
C0→C1→C2→C3→C4↓汇聚点图1 PEG ASIS的链式结构PEG ASIS优点:减小了L EACH在簇重构过程中所产生的开销,并且通过数据融合降低了收发过程的次数,从而降低了能量的消耗。
PEG ASIS缺点:(1)协议假定每个传感器节点都能够直接与汇聚点通信,而在实际情况中,传感器节点一般需要采用多跳方式到达汇聚点。
(2)PEG ASIS假定所有的传感器节点都具有相同级别的能量,因此节点很可能在同一时间内全部“死亡”。
(3)尽管协议避免了构建簇的开销,但由于传感器节点需要知道其邻居的能量状态信息以便传送数据,协议仍需要动态调整拓扑结构。
对那些利用率较高的网络而言,拓扑的调整会带来更大的能源开销。
(4)协议所构建的节点链中,远距离的节点会引起过多的数据延迟,而且链首节点的唯一性使得链首会成为瓶颈。
1.2.2 分层PEG ASIS分层PEG ASIS协议[1～3]是Lindsey等人提出的,它是对PEG ASIS的扩展,目标是降低数据包到汇聚点传送过程中所引起的延时。
该协议使具有CDMA传输能力的节点构造成一个分层传输的节点树,在每一层选出上一层进行通信的节点,以实现数据的并行传输,并且减少延时。
举例说明该协议每个回合路径选・611・ 计算机技术与发展 第18卷择的过程,如图2所示,节点C3在第三回合被指定为链首;假定节点C0在链中的位置为0,则节点C3的位置为3(奇数),那么所有处于偶数位置的节点都向右边的邻居发送数据,接收到数据的节点构成了分层结构的第二层,即节点C1、C3、C5、C7。
在第二层节点中,节点C3仍然处于奇数位置1,那么所有偶数位置的节点再次融合它们所接收到的数据和自身采集到的数据,并将融合后的数据发送给它们右边的邻居;在第三层中,由于节点不是奇数位置,为了保证C3作为链首,节点C7融合接收到的数据和自身数据并将其传给C3;节点C3将当前数据和从C7接收到的数据融合起来并最终传递给汇聚点。
汇聚点↑C3C3←C7C1→C3 C5→C7C0→C1 C2→C3 C4→C5 C6→C7图2 PEG ASIS协议的数据采集1.3 TEEN和APTEEN1.3.1 TEENTEEN协议(Threshold sensitive energy Efficient sensor Network protocol)[1,3,7]采用与L EACH的实现机制非常相似,只是前者是响应型,而后者属于主动型传感器网络。