无线传感器网络路由协议
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。
无线传感器网络的动态路由协议
无线传感器网络的动态路由协议随着技术的不断发展，无线传感器网络已经成为一种广泛应用的技术。
它可以用于环境监测、农业、医疗、智能交通等领域，而动态路由协议则是无线传感器网络中的重要组成部分。
本文将对无线传感器网络的动态路由协议进行简要介绍。
一. 动态路由协议的定义动态路由协议（Dynamic Routing Protocol）是一种通过节点之间的通信建立网络路径的协议。
它是在网络中自动决定路径的一种方法。
与静态路由协议不同的是，动态路由协议可以根据网络中的状态和变化来动态的调整路由。
二. 无线传感器网络通常由大量的低功耗传感器节点组成，这些节点之间通过无线信道进行通信。
在无线传感器网络中，由于节点的位置和状态会发生变化，需要使用动态路由协议来建立网络路径。
常见的无线传感器网络动态路由协议有以下几种：1. AODV协议AODV（Ad-hoc On-demand Distance Vector）协议是一种基于距离向量的无线传感器网络动态路由协议。
它使用了反应式路由的方式，实现了路由的动态计算和修复。
当节点需要发送数据时，在本地查找路由表，如果表中没有路由信息，则发送RREQ（Route Request）数据包以搜索最短路径。
一旦一个节点收到RREQ数据包，它将转发该数据包，同时维护一个临时路由表，用于以后的回复。
如果目的节点收到RREQ数据包，则返回RREP（Route Reply）数据包给源节点。
2. DSR协议DSR（Dynamic Source Routing）协议是一种基于源路由的无线传感器网络动态路由协议。
正如其名字所示，该协议使用源节点来处理整个路由。
当源节点需要向目的节点发送数据时，它会随数据包发送一个路由请求，请求路由到目的节点的路径。
每一个中间节点都会把自己的位置添加到所接收到的路由请求中，并将请求转发出去。
当请求到达目的节点时，目的节点会把整个路径发送回源节点，源节点就得到了一条通往目的节点的路径。
无线传感器网络中的路由协议选择指南
无线传感器网络中的路由协议选择指南无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）是一种由大量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。
在WSN中，传感器节点通常具有有限的计算和通信能力，因此选择合适的路由协议对于网络的性能和能耗至关重要。
本文将探讨在无线传感器网络中选择路由协议的指南。
1. 路由协议的分类在无线传感器网络中，常用的路由协议可以分为以下几类：1.1 平面型路由协议平面型路由协议是指将网络拓扑视为一个平面图的路由协议。
这类协议简单易用，适用于小规模的传感器网络。
常见的平面型路由协议有LEACH、PEGASIS等。
1.2 分层型路由协议分层型路由协议将网络划分为不同的层次，每个层次负责不同的任务。
这类协议能够提高网络的可扩展性和灵活性。
常见的分层型路由协议有TEEN、APTEEN 等。
1.3 基于集群的路由协议基于集群的路由协议将网络节点划分为若干个簇（Cluster），每个簇由一个簇头（Cluster Head）负责。
这类协议能够减少网络中的数据传输量，延长网络寿命。
常见的基于集群的路由协议有LEACH-C、HEED等。
1.4 基于多路径的路由协议基于多路径的路由协议利用多条路径传输数据，提高网络的可靠性和容错性。
这类协议适用于网络中存在节点失效或信号干扰的情况。
常见的基于多路径的路由协议有AODV、DSDV等。
2. 路由协议选择的考虑因素在选择路由协议时，需要考虑以下因素：2.1 网络规模网络规模是选择路由协议的重要因素之一。
对于小规模的传感器网络，平面型路由协议或分层型路由协议可能更适合；对于大规模的传感器网络，基于集群或基于多路径的路由协议可能更合适。
2.2 能耗能耗是无线传感器网络中的重要问题。
选择能耗较低的路由协议可以延长网络的寿命。
一些基于集群的路由协议通常能够有效降低能耗。
2.3 数据传输延迟某些应用场景对数据传输延迟有较高的要求，因此选择能够提供较低延迟的路由协议是必要的。
无线传感器网络的路由协议设计
无线传感器网络的路由协议设计随着物联网的发展，无线传感器网络（Wireless Sensor Network, WSN）的应用越来越广泛。
作为物联网的一种形态，WSN已经应用于环境监测、智能交通、智能制造等领域，为人们的生产和生活带来了很大的便利。
在WSN中，路由协议的设计是至关重要的。
一、无线传感器网络的基本结构WSN通常由大量的无线节点组成，这些节点会周期性地采集周围的环境数据，并将这些数据传输到网关节点。
在WSN中，有两种类型的节点，分别是传感器节点和网关节点。
传感器节点负责采集环境数据，并将数据通过本地通信模块的方式向周围的节点发送；网关节点则负责将周围节点传来的数据汇总起来，并将数据通过互联网传输到数据中心或者其他目的地。
为了保证网络的性能和可靠性，WSN中的节点通常会有限的资源，如能量、计算容量和存储容量等。
二、路由协议的作用WSN中的节点之间通过无线信号进行通信，因而对传输数据的可靠性要求非常高。
由于节点之间距离远，且节点没有全局网络拓扑信息，传输数据需要经过多个节点才能到达目的地，并且通信链路可能频繁中断。
因此，在WSN中需要使用一种适合无线网络环境的路由协议，来实现节点之间的数据传输。
简单来说，路由协议的作用主要有以下几个：1. 实现数据的传输：路由协议通过计算最优路径，将数据从源节点传输到目的节点。
2. 增强网络的容错性：路由协议可以针对链路中断等异常情况，快速选择可用的路由，从而提高网络的容错性。
3. 延长网络的寿命：路由协议可以优化数据传输路径，从而降低节点的能量消耗，延长整个网络的寿命。
三、常用的路由协议1.LEACH协议LEACH（Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy）是一种无线传感器网络的自适应分簇路由协议。
LEACH将传感器节点分为若干个簇，每个簇由一个簇头节点负责，簇头节点负责收集簇内节点的数据，并将其传输给网关节点。
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。
无线传感器网络网络层和路由协议
无线传感器网络网络层和路由协议无线传感器网络（Wireless Sensor Networks，简称WSN）是由多个分布式无线传感器节点组成的网络系统，用于对环境进行监测、采集和传输数据。
在WSN中，网络层和路由协议起到了关键作用，负责实现传感器节点之间的数据传输和网络通信。
一、网络层的功能网络层是无线传感器网络的核心组成部分，它提供一种机制来确保数据在网络中的可靠传输。
网络层的主要功能如下：1.数据分组：网络层负责将应用层产生的数据分成多个独立的数据包，并为每个数据包分配一个唯一的标识符。
2.网络编址：网络层为每个传感器节点分配唯一的标识符，以便其他节点可以识别和定位特定的节点。
3.数据路由：网络层通过选择最佳的数据传输路径以实现数据的有效传输。
这种路由选择可能是基于节点之间的距离、能量消耗和网络拓扑。
4.拥塞控制：网络层负责监测和调整网络中数据传输的速率，以避免网络拥塞和资源浪费。
二、常见的路由协议1. 平面分布式网络（Flat Distributed Network）：在这种网络中，每个传感器节点具有相同的地位和角色，节点之间通过广播的方式进行通信。
这种路由协议适用于节点分布均匀的小型网络，但随着网络规模的增大，广播的开销会大大增加。
2. 分级网络（Hierarchical Network）：在分级网络中，网络节点被分为若干个级别的集群，并指定一些节点作为聚集器和中心节点。
这些聚集器负责收集、聚合和传输其他节点的数据。
这种路由协议可以减少节点之间的通信开销和能量消耗，提高网络的生命周期。
3. 基于链路状态的路由协议（Link-State Routing Protocol）：这种路由协议基于网络中节点之间的链路状态信息来构建拓扑图，并计算最短路径。
每个节点需要维护邻居节点的链路状态信息，并通过广播将信息传递给其他节点。
这种路由协议适用于节点之间的链路状态变化频繁和网络拓扑改变较多的情况。
4. 基于距离向量的路由协议（Distance Vector Routing Protocol）：这种路由协议基于节点之间的距离信息来决定数据的传输路径。
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无线传感器网络的关键技术有路由协议、MAC协议、拓扑控制、定位技术等。
路由协议:数据包的传送需要通过多跳通信方式到达目的端,因此路由选择算法就是网络层设计的一个主要任务。
路由协议主要负责将数据分组从源节点通过网络转发到目的节点,它主要包括两个方面的功能:1、寻找源节点与目的节点间的优化路径。
2、将数据分组沿着优化路径正确转发。
无线传感器与传统的无线网络协议不同之处,它受到能量消耗的制约,并且只能获取到局部拓扑结构的信息,由于这两个原因,无线传感器的路由协议要能够在局部网络信息的基础上选择合适路径。
传感器由于它很强的应用相关性,不同应用中的路由协议差别很大,没有通用的路由协议。
无线路由器的路由协议应具备以下特点:（1）能量优先。
需要考虑到节点的能量消耗以及网络能量均衡使用的问题。
（2）基于局部拓扑信息。
WSN为了节省通信能量,通常采用多跳的通信模式,因此节点如何在只能获取到局部拓扑信息与资源有限的情况下实现简单高效的路由机制,这就是WSN的一个基本问题。
（3）以数据为中心。
传统路由协议通常以地址作为节点的标识与路由的依据,而WSN由于节点的随机分布,所关注的就是监测区域的感知数据,而不就是具体哪个节点获取的信息,要形成以数据为中心的消息转发路径。
（4）应用相关。
设计者需要针对每一个具体应用的需求,设计与之适应的特定路由机制。
现介绍几种常见的路由协议(平面路由协议、网络分层路由协议、地理定位辅助路由协议):一、平面路由协议平面路由协议中,逻辑结构时平面结构,节点间地位平等,通过局部操作与反馈信息来生成路由。
当汇聚点向某些区域发送查询并等待来自于这些区域内传感器所采集的相关数据,其中的数据不能采用全局统一的ID,而就是要采用基于属性的命名机制进行描述。
平面路由的优点就是结构简单、鲁棒性(即路由机制的容错能力)较好,缺点就是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。
其中典型的平面路由协议有以下几种:1、1、洪泛式路由(Flooding):这就是一种传统的网络通信路由协议。
这种算法不要求维护网络的拓扑结构与相关路由的计算,仅要求接受到信息的节点以广播形式转发数据包。
例如:S节点要传送一段数据给D节点,它需要通过网络将副本传送给它每一个邻居节点,一直到传送到节点D为止或者为该数据所设定的生存期限为零为止。
优点在于:实现简单;不需要为保持网络拓扑信息与实现复杂路由发现算法消耗计算资源;适用于鲁棒性较高的场合。
但同时也有相应的缺点:一个节点可能得到一个数据的多个副本;存在部分重叠,如果相邻节点同时对某件事作出反应,则两个节点的邻居节点将收到两份数据副本;盲目使用资源,无法作出自适应的路由选择。
为克服Flooding算法这些固有的缺陷,S、Hedetniemi等人提出闲聊式(Gossiping)策略。
这种算法采用随机性原则,即节点发送数据时不再采用广播形式,而就是随机选取一个相邻节点转发它接收到的数据副本(避免了消息爆炸的结果)。
图1 洪泛式路由机制图2 gossiping路由机制1、2、SPIN路由:SPIN就是一组基于协商并且具有能量自适应功能的信息传播协议。
它有如下两个特点:(1)每个节点在发送数据前需要通过协商来确定其她节点就是否需要该数据,同时每个节点通过元数据(meta-data)来确定接受数据中就是否有重复信息的存在。
(2)网络中节点必须实时监控本地能源消耗,根据能量等级改变工作模式来延长节点自身与整个网络的运行时间。
SPIN在运行过程中节点使用3种类型的信息进行通信,即ADV、REQ与DATA信息。
ADV——用于新数据广播。
当一个节点有数据可共享时,它以广播方式向外发送DATA数据包中的元数据。
REQ——用于请求发送数据。
当一个节点希望接受DATA数据包时,发送REQ数据包。
DATA——包含附上元数据头(meta-header)的实际数据包。
SPIN协商过程采用3次握手方式。
Step1:运行SPIN 协议的源节点在传送DATA信息前,首先向相邻节点广播包含DATA数据描述机制的ADV信息。
Step2:需要该DATA信息的邻居节点,向信息源发送REQ请求信息。
Step3:源节点根据接受到得REQ信息,有选择地将DATA信息发送给相应的邻居节点,如下图3所示。
收到DATA数据的节点可作为信息源敬爱那个DATA 信息传播到网络中的其她节点。
图3 SPIN路由机制该协议除了提供数据传输过程中得协商机制,还引用了基于阖值的能量值适应机制。
它要求每个节点都提供对其自身的能量管理功能以便跟踪能源的能耗状况。
当节点的剩余能量开始接近低能量阖值,节点便减少在协议中得参与行为。
这种协商机制与能量自适应机制的SPIN协议能够很好地解决传统的Flooding与Gossiping协议所带来的信息爆炸、信息重复与资源浪费等问题。
SPIN 协议的缺点就是数据广告机制(ADV)不能保证数据的可靠传递,因此对于入侵发现等需要在定期间隔内可靠传递数据的应用系统来说,SPIN并不就是一个很好的选择。
1、3、DD路由:定向扩散模型DD(Directed Diffusion)就是一种以数据为中心的信息传播协议,运行DD的传感器节点使用基于属性的命名机制来描述该数据(如图4所示)。
其中,定向扩散算法在运行过程中包括以下3个基本过程,即路径建立阶段、数据发送阶段与增强路径阶段。
路径建立阶段:汇聚点以广播、多跳的方式向网络中所有节点发布命令信息,命令信息用含有任务类型、数据发送速率、时间戳等参数的兴趣描述。
每个节点通过记录获取到兴趣的相应邻居节点、数据速率与时间戳等来建立梯度。
数据发送阶段:当节点采集到匹配查询的数据时,通过梯度路径发向汇聚点。
中间节点利用本地化规则实现数据的融合。
增强路径阶段:汇聚点在收到这些低速率数据后,向数据到达最快的邻居节点发送增强消息,增强消息表示汇聚节点要求高速率发送数据。
相应邻居节点按照同样地方式,依次传递增强信息给其邻居节点,直到到达数据源,从而构建数据发送的主路径,数据以后就通过路径发送给汇聚点。
在DD协议的网络中,节点能够利用选取的最优路径的缓存来实现节能的目的。
缓存技术能够提高传感器节点间的有效性、鲁棒性与协作的可扩展性,这也就就是DD模式的本质。
DD算法在WSN路由协议研究中的一个里程碑,其中最大的特点就就是引入了网络梯度概念。
DD算法的优点就是:仿真结果分析说明,网络梯度与本地化算法相结合应用于无线传感器网络的路由,可以很好地满足WSN对节能、鲁棒性以及可扩展性的需求。
缺点就是:它不适用于环境监控这类要求连续传递数据的系统;选择与查询相匹配的数据会使传感器节点消耗更多的能量。
图4 DD路由机制1、4、HREEMR路由:HREEMR就是定向扩散路由机制的基础上提出的,目的就是通过维护多条可用路径来提高路由的可靠性。
该协议在运行期间采用与DD相同的本地化算法建立源节点与汇聚点间最优路径p,同时为了保障p发生失效时协议仍能正常运行构建多条与p不想交的冗余路径(为了避免主路径失效的现象发生而采取的应急措施)。
HREEMR协议提出了不相交多路径与缠绕多路径两种不同的多路径机制。
(1)不相交路径:在汇聚点发送增强消息建立主路径p后,汇聚点发送次优路径增强消息给次节点A,节点A选择最优节点B把次优路径增强消息传递下去。
如果B 在主路径p上,则B发回否定增强消息给A,A在向另外的次优节点传递次优路径增强信息;相反如果B不在主路径上则继续传递次优路径增强信息。
如此往复,就可以构造下一条次优路径(如图5所示)。
图5 HREEMR不相交路径(2)缠绕多路径:缠绕多路径采用一定策略允许冗余路径通最优路径p部分相交,从而较不相交路径减少了维持的冗余路径数量,节省了能源的消耗。
缠绕多路径在建立主路径p后,p上除了源端与靠近源端的节点以外,每一个节点都要发送备用路径增强消息给次优节点A,次有节点寻找最优节点B传播该备用路径增强消息,如果B不在主路径p上,继续向最优节点传播直到与主路径p相交。
总而言之,HREEMR的多路径策略实现了能源有效的故障恢复,解决了DD为了提高协议的鲁棒性,采用周期低速率扩散数据而带来的能源浪费问题。
1、5、SAR路由:SAR协议就是第一个具有QoS(服务质量,就是一种网络安全机制,用于解决网络延迟及阻塞问题的一项技术)意识的路由协议。
它的特点就是路由决策不仅要考虑到每条路径的能源,还要涉及端到端的延迟需求与待发数据包的优先级。
每个树以落在汇聚点有效传输半径内的节点为根向外生长,枝干的选择需满足一定的QoS要求并要有一定的能量储备。
节点可以根据每条路径的能源、附加的QoS度量与包的优先级选择某棵树将信息返回给汇聚点。
仿真结果显示,与只考虑路径能量消耗的最小能量度量协议相比,SAR能量消耗更少,但缺点就是不适合于大型与拓扑频繁变化的网络。
二、网络分层路由协议分层路由协议中,网络通常被划分为簇,每个簇由一个簇首与多个簇成员组成,多个簇首形成高一级的网络,在高一级网络中,又可以分簇,再次形成更高级的网络,直至最高级(如图6所示)。
在分层结构中,簇首节点不仅负责所管辖簇内信息的收集与融合处理,还负责簇间数据的转发。
分层路由协议中每个簇的形成通常就是基于传感器节点的保留能量与与簇首的接近程度,同时为了延长整个网络的生命周期,簇首节点的选择需要周期更新。
分层路由的优点就是适合大规模的无线传感器网络环境,可扩展性较好。
缺点就是簇首节点的可靠性与稳定性对全网性能影响较大,信息的采集与处理也会大量地消耗簇首的能量。
一些典型的分层路由协议有LEACH、PEGASIS、TEEN、APTEEN与具有能量意识的传感器网络分簇路由。
图6 网络分层的路由机制2、1、LEACH路由:LEACH的基本思想就是以循环的方式随机选择簇首节点,将整个网络的能量负载平均分配到每个传感器节点中,从而达到降低网络能源消耗、提高网络整体生存时间的目的。
仿真表明,与一般平面多跳路由与静态分层算法相比,LEACH 可以将网络的生命周期延长15%。
LEACH在运行过程中不断地循环执行簇的重构过程。
每个簇重构过程可以用“会合(round)”的概念来描述。
每个回合可以分成两个阶段:簇的建立阶段与传输数据的稳定阶段。
其中,簇的建立过程又可分为四个阶段:簇首节点的选择、簇首节点的广播、簇的建立与调度机制的生成。
簇首节点的选择:依据网络中所需要的簇首节点总数与迄今为止每个节点已成为簇首的次数决定,具体方法如下:每个传感器节点随机选择0~1之间的一个值,如果选定的值小于某一个阖值T(n),那么这个节点成为簇首节点。
其中,T(n)值计算如下:N为网络中传感器节点总数;k为一个回合网络中簇首节点数;r为已完成回合数。