无线传感器网络路由协议研究进展Word格式文档下载.docx
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张宪超,男,1971年生,博士,副教授,研究方向为算法设计与分析、组合优化、网络优化及应用.
江 贺,刘文杰,张宪超
(大连理工大学软件学院,辽宁大连116621E2mail:
jianghe@dlut.edu.cn
摘 要:
融合了传感器、(W.路由协议是无线传感器网络研究中富有挑战性的问题,.无线传,的生命周期最大化.,.本文根据各种协议的工作原理,,并指出了下一步的研究方向.
关键词:
;
路由协议;
生命周期最大化;
数据融合
中图分类号:
TP393 文献标识码:
A 文章编号:
100021220(20070420594206
EvolutionofResearchofWirelessSensorNetworkRoutingProtocols
JIANGHe,LIUWen2Jie,ZHANGXian2Chao
(SchoolofSoftware,DalianUniversityofTechnology,Dalian116621,China
Abstract:
WirelessSensorNetwork(WSNisanewtechnologyforinformationretrievingandprocessingwhichfusessensor,
micro2electro2mechanicalsystems(MEMSandnetworkcommunications.IntheresearchlineofWSN,routingprotocolisaproblemfullofchallenges
.NowtheexistingAd2hocandInternetprotocolcanbenotdirectlyappliedtoWSN.TheseWSNpro2tocolsconcernchieflyabouthowtomaximizethelifecyclewithoutcorruptingdataunderdifferentapplicationsandnetworktopologies
.WSNroutingprotocolscanbeclassifiedintoflatandhierarchicalaccordingtothefunctionofnodes.Basedoneachprotocol’sworkingprinciple,thispaperanalyzesandcontrastsdifferentroutingprotocolsinroutingway,conflictavoidance,da2taaggregationaswellaslifecyclemaximization.
Keywords:
wirelesssensornetwork;
routingprotocol;
lifecyclemaximization;
dataaggregation
1 前 言
无线传感器网络(WSN,WirelessSensorNet2work融
合了传感器技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理和通信技术[1]
能够实时监测、感知和采集网络分布区域内的各种环境或监测对象的数据,并对这些数据进行处理,从而获得详尽而准确的信息.无线传感器网络可以划分为物理层、数据链路层和网络层等,其中路由协议是网络层的主要研究内容.其主要目标是实现能量有效性路由的制定,并在此基础上把可靠数据从节点传送到汇节点,从而达到网络生命周期最大化.
无线传感器网络路由协议的产生主要是因为其与正常通讯网络和ad-hoc网络有较大不同.第一,由于传感器网络中节点众多,无法为每一个节点建立一个能在网络中唯一区别的身份,所以典型的基于IP的协议无法应用于无线传感器网络.第二,与典型通讯网络的区别是,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.第三,在传输过程中,很
多节点发送的数据具有相似部分,所以需要过滤掉这些冗余信息,从而保证能量和带宽的有效利用.第四,传感器节点的传输能力、能量、处理能力和内存都非常有限,而同时网络又具有节点数量众多、动态性强、感知数据量大等特点[2],所以需要很好的对网络资源进行管理.
根据这些区别,产生了很多新的无线传感器网络路由算法.这些算法都针对于网络的应用与构成进行研究.几乎所有的路由协议都以数据为中心进行工作[3],现有路由协议分为平面路由协议和分层路由协议[4].本文对传感器网络路由协议在近几年的发展进行详细阐述.从各个角度对每一种协议进行分析,以便更好地理解当前的无线传感器网络协议,对今后的研究工作提供指导性意见.
2 系统结构和设计目的
因为路由协议的性能与结构模型有很大关联,应该根据应用情况和设计目的,使用不同的结构去构造传感器网络.这
小型微型计算机系统JournalofChineseComputerSystem
s2007年4月第4期Vol128No.42007
部分内容将描述网络结构问题并突出其特点.
动态网络:
传感器网络由传感器节点、汇节点和被监控事件三部分组成.由于可移动传感器很难被组织,所以许多网络结构都假设传感器节点是固定的[5].在此基础上还需要有sinks和CH(gateways.由于路由稳定性的最优化问题,再加上能量和带宽问题,使管理移动节点收发信息成为路由管理的新挑战.感知的信息有动态信息和静态信息.其中,监控静态事件允许网络工作在触发模式,只有当外界情况发生变化才会进行传输;
监控动态事件要求周期性的报告,并从中找到有用的信息,传输到汇节点.
节点配置:
构..
节点.而自组织配置的传,组成一个ad-hoc(移动无线网络方式的基础网络[6].在这种结构下,sink和CH的位置至关重要,会影响到能量的使用和网络的性能.当节点分布不均衡的时候,簇的形成变成了能量有效性的紧迫问题.
能量:
在建立结构过程中耗损的能量就成为了一个重要的要考虑的内容.实验证明,多跳网络传输数据所耗损的能量要比直接传输耗损的能量小.多跳路由的引入对于拓扑管理和中间媒介访问控制意义重大.当节点与sink非常接近时,使用直接路由的方法非常合适.但是,如果传感器随机分散在区域中,那么多跳路由会具有较大优势.
节点能力:
在一个传感器网络中,传感器节点可能具有不同的功能.虽然在初始状态时可以假设所有节点都具有相同的功能.但是,一旦应用要求改变,就需要节点具有一些特殊功能.如果一个节点同时执行多种功能,那么它会很快耗尽能量.为了解决这一矛盾,有些分层路由协议采用在普通节点中选择簇头(CH的方法.网络从配置的网络节点中选择簇头,这些簇头节点的能量、带宽和内存等资源要比其他节点多,从而能够承担聚合信息,并把信息传送到sink节点的任务.对该方向的研究还可以扩展到不同类型无线传感器网络间的数据通信中[7].
数据融合:
由于传感器节点会产生意义相近的数据,聚合相似的内容将减少传输的数据量.数据融合是从多个源节点收集数据,由部分或全部被允许进行网络数据管理的节点去执行的.在正常情况下,数据融合耗费的能量要比传输所耗费的能量要小得多,通过数据融合可以达到节约能量的目的.这种技术被广泛用于实现能量有效性利用和传输最优化的路由协议.数据融合贯穿于信号传输的整个过程[8].
3 平面路由协议
虽然传感器网络是建立在相对稳定的物理层的基础上的[9],但其主要工作仍然是搜集、处理和统计数据.其设计以数据管理和处理为中心,主要包括对网络内的数据进行存储、查询、分析、挖掘、理解以及根据对数据的初期处理进行决策[10].所以,无线传感器网络是以数据为中心的网络.同时,无线传感器网络路由协议更是以处理网络内数据为主要目的的协议.
由于传感器网络中的节点众多,所以无法像Adhoc方式构造的网络那样为每一个节点建立一个唯一的标识符(ID.另外,由于传感器节点是随机配置的,使得网络必须对节点采集的信息进行筛选.所以,采集到的数据往往具有很多的冗余信息.这样的协议在能量利用方面是非常低效的[11].从而迫
输.
另外,在路由中,,然后.
.
可以把无线传.针对这两种不同类型的网络,本文把众多的协议分成两类——平面路由协议、分层路由协议.这一部分将主要介绍平面路由协议.
图1 当节点A广播信息后,节点B和节点C接收信息并广播,从而使节点D接收到同一信息的两个副本Fig.1 AfternodeAbroadcastsdata,BandCreceiveandrebroadcastit,soDgetstwocopiesofthesamedataFlooding和Gossiping[12](洪泛算法和闲聊算法
:
洪泛算法和闲聊算法是无线传感器网络中的两个经典算法,与其它路由算法相比,它们对网络拓扑的依赖性更小.洪泛算法中,每一个接收到数据包的节点都会把这个数据包广播给它所有的邻居节点,直到数据包到达目的节点或到达最大跳数.闲聊算法对洪泛算法进行了改进,接收到数据包的节点随机地选择一个没有发送数据的邻居节点,把数据包传送过去,通过持续执行这个过程达到传播数据的目的.虽然洪泛算法很
图2 节点A和节点B收集的信息有相同的部分r,当它们把信息传送给节点C的时候,节点C会
接收到信息r的两个副本.
Fig.2 Informationg
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- 关 键 词:
- 无线 传感器 网络 路由 协议 研究进展