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无线传感器网络路由协议的节能
无线传感器网络路由协议的节能【1】
[摘要]介绍无线传感器网络特点及应用,将传感器网络路由协议分为平面路由协议和层次型路由协议,并对其中典型的路由协议进行节能方面的分析,指出路由协议未来的研究重点。
[关键词]无线传感器网络路由协议
无线传感器网络是一种以采集数据为目的、高密度、自组织、低数据率的新型的无线通信网络,无线传感器网络融合了传感器技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术和通信技术,能够进行相对简单的数据探测、简易数据处理和有限范围的无线通信,具有成本低廉、功耗低、尺寸小等特点。
适合在无人看管或人类难以到达、难以对网络进行维护的环境中使用,在医疗、军事、环境监测以及商业应用等领域有着广泛的应用前景。
在传感器网络中,节点通过飞机布撤,人工布置等方式,大量部署在感知对象内部或者附近。
这些节点通过自组织方式构成无线网络,以协作的方式感知、采集和处理网络覆盖区中特定的信息,可以实现对任意地点信息在任意时间的采集,处理和分析。
这种以自组织形式构成的网络,通过多跳中继方式将数据传回Sink节点(基站),最后借助Sink链路将整个区域内的数据传送到远程控制中心进行集中处理。
用户可以通过sink节点对传感器网络进行配置和管理,发布监测任务以及收集监测数据。
无线传感器网络路由协议:无线传感器网络的特点决定了其动态的拓扑结构、较大的业务流量与有限的无线资源的矛盾,以及低功耗的设计要求。
无线传感器网络路由协议从网络拓扑结构的角度可分为平面路由协议和层次型路由协议。
一、平面路由协议
平面路由协议中,节点间地位平等,优点是简单、易扩展,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。
典型的协议有:
SPIN协议,是一组基于协商的并且具有能量自适应功能的路由协议。
SPIN-1和SPIN-2是其中最主要的两个协议。
SPIN协议是一种不需要了解网络拓扑结构,因此适合在节点可以移动的无线传感器网络中使用。
SPIN协议引入元数据概念,减少了数据的传输量;通过使用协商机制和能量自适应机制,节省了能量,解决了信息“内爆”和数据“重叠”问题。
Directed Diffusion协议这是一个基于查询的路由协议,该协议整个过程分为兴趣扩散、梯度建立以及路径加强三个阶段。
梯度场的建立根据成本最小化和能量自适应原则。
该协议采用了数据融合方法有效地减少了网络中的数据量,节省节点能量、提高带宽利用率。
该协议主要用于具有大量查询而只有少量事件的应用场景,不适合用于网路拓扑结构频繁变动的、大规模的网络。
Rumor Routing算法是对Directed Diffusion的改进,网络每个节点都维持一个事件列表,其表项包含事件的基本描述、播报该事件的源节点、最先传递该事件的上一跳节点;引人了一个具有长生命周期的报文Agent,用于源节点广播感知事件的描述信息并在网络中传播,该算法通过节点的事件列表信息维护一条与源节点的路径,避免了SPIN协议中的大量泛洪过程,显著节省能量。
二、层次路由协议
LEACH,是为无线传感器网络设计的低功耗自适应路由算法。
与平面多跳路由协议相比,该协议采用随机选举簇头的方式平均分担中继通信业务,避免簇头过分消耗能量,延长网络生命周期,但协议无法保证簇头节点能遍及整个网络。
TEEN协议。
通过设置硬阈值和软阈值两个参数大大减少了数据传送的次数,提高了网络能量利用率和网络生存时间;可以对突发事件做出快速反应,适用于实时应用系统,但是不能实现数据的周期性采集。
TTDD协议主要是解决传感器节点不动的网络中存在多sink点以及sink点移动情况。
当多个节点探测到事件发生时,选择一个节点作为发送数据的源节点,源节点以自身为中心,整个网络变成源节点捕捉Sink节点的一个格状网。
当Sink节点被发现,数据通过这个格状网传输到Sink节点。
TTDD中提出的透明传输的概念,可以简化网络的管理和维护。
与Directed Diffusion协议相比,该协议采用单路径方式提高网络生存时间,但计算与维护格状网的开销较大;节点必须知道自身位置;非sink点位里不能移动,要求节点密度较大。
无线传感器网络被认为是影响人类未来生活的重要技术之一,这一新兴技术为人们提供了一种全新的获取信息、处理信息的途径。
无线传感器网络节点的处理、存储和通信能力有限,应根据无线传感器网络自身特点和实际应用需求,以能量为中心问题,设计出紧凑、节能而简单的协议。
参考文献:
[1]卿利、朱清新、王明文,异构传感器网络的分布式能量有效成簇算法[J].软件学报,2006,vol.17(3):481-489.
[2]纪阳、张平,无限传感器网络的体系结构[J].中兴通讯技术,2005,2(4):32-35.
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无线传感器网络路由协议研究【2】
摘 要：本文通过介绍无线传感器网络路由协议的相关知识，包括介绍其主要特征、设计要求，以及无线传感器网络路由协议的分类等方面，着重介绍无线传感器网络路由协议的平面路由协议和层次路由协议，给予广大技术人员在无线传感器网络路由协议上的一些帮助和参考。
关键词：传感器;无线传感器;网络路由协议;平面路由协议;层次路由协议
一、引言
近年来，随着现代化科技的蓬勃发展，无线传感器技术也越来越受到人们的关注和重视。
无线传感器网络，主要由传感节点、终端节点和观察对象等三个部分组成。
就目前来看，无线传感器网络在医疗监护、社区监控、矿井生产及军事侦探等多个领域的应用正日趋广泛。
无线传感器网络路由协议，作为无线传感器网络中的关键技术，通过对其基本特征和设计要求，以及平面路由协议和层次路由协议等两大分类的认识和了解，对于无线传感器技术的发展和变革有着不容忽视的促进作用。
二、无线传感器网络路由协议
1.无线传感器网络路由协议的特点
无线传感器网络路由协议，主要是用来处理网络中的传输数据，在无线传感器网络中充当着极为重要的角色。
通过对无线传感器网络路由协议的分析，认为其具有以下几点鲜明特点和局限性。
(1)终端节点的特点。
传感器的节点数量相对较大，促使其能够作用于计算子系统、通信子系统、传感子系统和能量供应子系统等多个方面，不过同时也加大了建立全局地址的难度，而且各节点的传输能力、处理能力和存储能力也极为有限。
(2)传感器定位特点。
在无线传感器中，由于终端节点的数量庞大，且通常是数据聚集的主要地方，因此，在进行传感器定位上，主要工作是由终端节点来完成的。
(3)传感器网络特点。
根据不同的应用场景，传感器网络的作用类型也不同。
呈现功能多样化的特点。
2.无线传感器网络路由协议的设计
(1)注重路由算法节能。
在无线传感器网络路由协议的设计上，降低路由算法的耗能，在网络周期运行、通信功能等方面起着决定性的作用。
通过降低算法能量消耗，能够有效延长网络的生命周期。
(2)注重路由算法扩展。
随着无线传感器的应用日趋广泛，终端节点的数量也在不断增加，给网络造成了一定程度的繁冗。
为此，在设计时注重路由算法扩展性的提高，能够有效地融合新节点，从而提高网络处理数据的能力，延长使用寿命。
(3)注重路由算法容错。
注重路由算法容错能力的提高，能够保证在分层结构的终端节点失效时，最大限度减轻簇头的高负载，以免整个网络陷入瘫痪。
3.要求数据融合
通过强化数据的融合，能够减少无线传感器在采集和传递数据方面造成的大量冗余信息，确保网络系统的简洁和信息的精确。
4.无线传感器网络路由协议的类别及分析
根据不同的角度，无线传感器网络路由协议可以划分的类别也不同。
通过路由发现策略，可以分为主动路由和被动路由，而从逻辑结构出发，则可以划分成平面路由协议和层次路由协议等两种。
(1)平面路由协议。
扩散法。
即传统的网络路由协议，是通过源节点将网络数据副本传输给相邻节点，相邻节点又将其发送给下一相邻节点，以此来达到数据扩散并最终将数据传输给目标节点的方法。
具有简单实现、降低网络拓扑信息以及路由算法消耗的能源，且能够适用于要求较高的场合等优势，但从另一个角度来看，这种扩散法很可能会造成信息爆炸、重叠发送信息及盲目使用资源等现象。
SPIN协议。
是基于节点间的协商制度和资源自适应机制研发出来的通信路由协议，用于处理扩散法中的缺陷。
通过在传输数据过程中，节点与节点之间的协商，能够保证传输的数据的可靠性和可用性。
定向扩散。
是采用梯度的形式，对节点传输数据方向进行搜索，以此来获得匹配数据的新协议。
运行的终端节点主要用命名机制来描述数据，并通过向所有节点发送被命名数据的任务描述符，从而实现数据的采集。
相对来说，这种定向扩散协议，在节能和扩展方面具有更大的优势。
(2)层次路由协议。
LEACH协议。
通过采用聚类的形式发展起来的LEACH路由协议，能够不断随机循环执行聚类首节点重构过程，以此来实现无线传感器网络中能量负载均衡分配。
其重构过程主要分为类准备阶段和就绪阶段等两部分。
通过延长就绪阶段的时间，同时缩短类准备阶段的用时，能够有效地节省资源，进而提高整个网络生存的时长到15%。
PEGAGIS协议。
是基于LEACH协议设计的，并在假定终端节点的同构和静止的前提下，通过终端节点发送能量递减的测试信号来找出相邻最近节点。
从而明确各节点之间的位置关系，并通过选择所属聚类来完成到sink的链路优化。
不但促使整个网络的生存时间是LEACH的两倍左右，同时由于融合数据降低了收发次数，进而节省了系统能源。
不过对于链中远距离的节点，则较为容易引起数据延迟。
TEEN协议。
该协议的主要特点是实时性，是基于LEACH的聚类结构及其运行模式，采用硬、软阈值来发送检测数据的协议。
新硬阈值是由监测数据首次超过设定硬阈值时确定的。
当节点发送的硬阈值变化幅度大于软阈值界定范围，则节点重新采集数据设定硬阈值。
同时，节点能够通过调节软阈值大小，有效平衡监测精度与系统能耗。
TEEN协议的实时性，促使其能快速反应并处理突发事件，但受其自身限制，该协议并不适合持续采集数据的应用环境。
通过对无线传感器网络路由协议相关知识点的分析和思考，能够进一步加深人们对无线传感器网络的研究，推动该技术在国内相关领域的普及和发展。
参考文献：
[1]周集良.无线传感器网络路由协议的安全与优化研究[D].东华大学.2009.06.(01)
[2]徐智福.基于无线传感器网络的路由协议研究[D].杭州电子科技大学.2009.12.(01)
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