基于路由量的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。
基于无线传感器网络的ZigBee路由协议分析
中图分 类－Ｎ－：ＴＰ２１２．９
文献 标识码 ：Ａ
文章 编号 ：１００７—９４１６（２０１６）０３．００１７—０１
１引言
２．２距 离 矢 量 路 由协 ＩＫ（ＡＯＤＶｊｒ１
２０世 纪 末 提 出 来 的 ＺｉｇＢｅｅ技 术 是 一 种 功 耗 能 、成 本 小 、节 点 多
为 了降低成本 、节能 、使用方便 ，将ＡＯＤＶ简化为ＡＯＤＶｊｒ，使其
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路 层 、网络 层 、运 输 层 和 应 用层 。网络 层 最 主要 功 能 就 是 路 由功 能 。 路 由 中分 ＲＮ＋和 ＲＮ一两 类节 点 ，ＲＮ＋执 行ＡＯＤ￣ ｒ算法 ，优 点是 数
而 找到一条从源地址 到 目的地 址的更优化 的路径就是路 由的关键 据传输的路径最优但不足的是节点太 过耗能 ；ＲＮ一执行ＴＲ算法 ，优
来 ，ＴＲ算法 的路 径 不 会是 最 优 ，但 可 以 节省 网络 中路 由的 开 销 和节 耗 、减 少 网 络 冗余 、延 长 网络 生 存 的 关 键所 在 。故 进 一 步 深入 研 究 和
点 的能量 损耗 。Ａ０Ｄｖｊｒ算法 的特 点是有路 由功能的节点都去进行 改 进 ＺＮＢｅ路 由 算 法 对 优 化 网络 性 能 具 有 重 要 研 究意 义 。
ｆｉ 【数 字 技 术
通信 技术
基于无线传感器网络的 ＺｉｇＢｅｅ路 由协议分析
朱 一 兰 李 红信 （兰州 大 学信 息科 学 与 工程 学 院 甘 肃 兰 州 ７３００００）
摘 要：无 线传感 器网络（ｗ ｉｒｅｌｅｓｓ ＳｅｎｓｏｒＮｅｔｗｏｒｋｓ，Ｗ ＳＮ）是 一种 由散 布在监控 区域 内大量节能且 造价低廉 的小型线传 感器节点组成 的 网络，传感 器
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。
无线传感器网络典型路由协议分类比较
无线传感器网络典型路由协议摘要：本文主要以节点的传播方式为出发点，分析集中典型的路由协议。
关键字：无线网络路由协议性能1. 引言随着微电子技术、计算技术和无线通信技术的进步，多功能传感器快速发展，进而使无线传感器网络（wireless sensor network, WSN）成为目前研究热点。
WSN 是由部署在检测区域内的大量廉价微型传感器节点组成，形成一个多跳的自组织网络系统，使其在小体积内集成信息采集、数据处理和无线通信等功能，其目的是协作地感知、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。
本文首先简要说明衡量路由协议的四个标准，然后就WSN 中路由协议的几种路由协议提出新的分类方法。
2. 路由协议的衡量标准无线传感器网络的路由协议不同于传统网络的协议，它具有能量优先、基于局部的拓扑信息、以数据为中心和应用相关四个特点，因而，根据具体的应用设计路由机制时，从四个方面衡量路由协议的优劣：（1）能量高效（2）可扩展性（3）健壮性（4）快速收敛性3. 路由协议的分类针对不同传感器网络的应用，研究人员提出了不同的路由协议，目前已有的分类方式主要有两种：按网络结构可以分为平面路由协议、分级网络路由协议和基于位置路由协议；按协议的应用特征可以分为基于多径路由协议、基于可靠路由协议、基于协商路由协议、基于查询路由协议、基于位置路由协议和基于QoS 路由协议。
本文就各个协议的不同侧重点提出一种新的分类方法，把现有的代表性路由协议按节点的传播方式划分为广播式路由协议、坐标式路由协议和分簇式路由协议。
下面进行详细的介绍和分析。
4. 广播式路由协议4.1 扩散法（Flooding）扩散法是一种传统的网络通信路由协议。
它实现简单，不需要为保持网络拓扑信息和实现复杂的路由算法消耗计算资源，适用于健壮性要求高的场合。
但是，扩散发存在信息爆炸问题，即能出现一个节点可能得到数据多个副本的情况，而且也会出现部分重叠的现象。
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。
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表1 仿真过程的参数设置 Tabl e 1 Si ¨ 1at i on Set t i ngs
参数 项 路由协议 姒C协议 物理信道 区域大小 节点数量 节点分布方式 初始能鼍 节点发射半径 数 据包 大小
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值 ^ oDV／DSR／SPEED／RAD／f 100di ng 80 2．1 1 AWGN
裹 主 Ⅵ 渊 谶 _糕
基于 路由量的 无线传 感器网 络路由协 议
仵元元 刘伟 ( 河南科技大学电子信息工程学院河南洛阳4 710 03 )
[ 摘要 ] 提出一 种新颖的 能量感知 型无线传 感器网络 路由协议 ，并给出 实现过程 和仿真 结果。从 无线传感 器网络实 际的应用 需求出发 ，综合ws N在能量 高效、可 扩展性 、服务质量 等方面的 不同要求， 基于重点关 注节点路由 量的策略 ，在对当前 主流ws N路 由协议深入 研究的基础 上设计出 了基于路由 量的动态ws N路由协议 。仿
一、 j l 膏 无线传感器网络( wi r el es s sens or ne t Wor k s，ws N) 是一种特殊的 无 线自 组织 通信 系 统。 其区 别于 传统 无 线自 组织 网络 的 特点 包括 ：节 点数 量 特别 巨大 、节 点 硬件 功能 简单 、应 用 场景 复杂 、各 种 资源 受限 等。 能量 资源受限是wSN应用中最主要的瓶颈之一。wSN的路由协议通常被分为四 类 ：基 于能 量感 知 的路 由协 议； 基于 查 询的 路由 协议 ： 基于 地理 位置 的路 由协议 和以数据为 中心的路由协 议。 =、相关工作 近年 来关于 无线 传感器 网络中 能量高 效的 通信协 议的研 究非 常广泛 。 LEAcH是MI T的wend i 等人为无线传感器网络设计的低功耗自适应聚类通信协 议， 其基本 思想 是减少 与汇聚 点si n k直接 通信的 节点数 目，并 通过 数据融 合 技术 减少 通信 能量 的损 耗。 LEAcH分为 设置 和稳定 工作 两个 阶段 。在 设置 阶 段，首先随机产生若干聚类首领( cl ust e r hea d) ，聚类首领向所有节点广 播 此消 息， 其余 节 点依 据接 收信 号的 强 弱加 入就 近的 聚 类。 在稳 定工 作阶 段 ，节 点持 续采 集 监测 的数 据， 并传 至 聚类 首领 ，聚 类 首领 将所 有成 员的 数据进行数据聚合后发送给远端的汇聚点si nk。由于聚类首领收集多个成 员的 数据并 完成 发送数 据到远 端汇聚 点si nk的任 务，因 此能量 消耗 很快。 为 此LEAc H中引入了“轮”( r o und ) 的概念，目的是更多的节点都有机会担任 聚类 首领， 起到 分散能 耗到多 个节点 的作 用。此 外，聚 类首领 利用 数据融 合 技 术将 多个 信号 聚 合为 一个 有效 的信 号 ，使 得整 个网 络 采集 到的 数据 量降 低，有效 地减少了能量的 消耗。 三、基于路由量的wSN动态路由协议 ( 一) 协议描述 当网络布设进 入稳定状态后，s i I l l ‘ 点首先广播hel l o消息， 收到此消息 的节点就将si n k点加入自己的前向邻居，yS．并返回确认消息，si n k点便 将这些点添加进自己的后向邻居四垤．；然后这些节点修改h el l o 消息中的 相关字段，并进行转发，如此循环，直至整个网络组织成一个联通的网 络。He l l o消息包含了网络建立路由所需的全部信息。当某个节点收到 hel l o 消息后，会 分析hel l o消 息中的相 关字段，以 决定如何修 改自己的几 岱一 和引 巧．。 当某 个节点 需要建 立路由 时， 它在自 己的前 向邻居 中选 择一个 节 点作为下 一跳：其选择步骤 如下； ( 1) 检测前 向邻居表内各个 邻居的路由量，避 开路由量比较大的 节点； ( 2) 避开传 输距离 特别大 的节点 ； ( 3) 选择剩余能量最大的节点作为它的下一跳。 ( 二) 仿真分析 利用Ns2网络仿真平台对基 于路由量的路由协议进行 了仿真，在 20 ∞l o o的区域中，随机布设了90个节点，记设计的协议为RAD，仿真过程 的参数设置如 表1所示。 图l 表示了Ao Dv，DsR，sPE功，RAD，f 10 0di n g五种协议在传输不同数 据量 的条 件下 的能 耗特性 ，可 以看 出：随 着整 个网 络中 的数据 量的 增加 ， 每个 数据包 的平 均能耗 是降低 的，这 是由 hI Ac层 的竞争 接入导 致的 ，在数 据 包 数量 很少 的情 况 下， M^c层 的 信道 侦听 会浪 费 较多 的能 量。 从图 2中 可以 看出，与其它几种协议相比，l i AD协议具有较好的能耗特性，这是因为 RAD的路 由过 程可 以很 好地 避免 重发 与网 络拥 挤， 因而 减少 了不 必要 的能 量 浪费。
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图1不同数据量的能耗比较图 Fi g． 1 Ener gy con s ump t i on und er Di f f e r ent con ges t i on 四、 结论 本 文设 计了 一种 简单 可靠 的能 量感 知 型无 线传 感器 网络 路由 协议 ，并 给 出了 实现 过程 。 在理 论分 析的 基础 上 ，用 仿真 平台 对 所设 计的 路由 协议 进行 了仿 真分 析， 结果 表明 ：本文 所设 计的 wSN路 由协 议对 节点 数量 特别 巨 大的 传感 器网 络的 能耗 特性 有很好 的改 善作 用， 可以 显著 改善整 个ws N网 络 能 耗的 均衡 性， 从 而延 长了 网络 的生 存 时间 。由 于无 线 传感 器网 络的 路由 协议 有很 强的 针对 性，和 具体 应用 密切相 关， 因而 我们 的后续 工作 包括 ： 进一步改进本文所设计的协议细节，增强其各种性能，尤其是增强可移植 性， 使其 成为一 种开 放式ws N路由 协议 。
真结果表明： 设计的路由协议可以在传感 器网络系统层面较好地改善 能量消耗的有效性和均衡性 ，因而避免了网络中热点的 过早出现，延长了整个网络 的生存期。 [ 关键词] 无线传感器网络路由协议能量高效路由量
中圈分类号：TP 393
文献标识码： ^ 文章编号：16 71—7597( 2008) 0710030一 们