无线传感器网络典型路由协议分类比较
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。
无线传感器网络的路由协议分析
ｏ ａ ｈ ｔｐ ｒ ｎｒ ｄ ｃ ｎ ｔ ｉ ａ ｅ ，ｉ ｃｕ ｉ ｇ ｔｅｒｃ ａａ ｔｒｓｉｓ ｆｅ ｃ ｙ ｅ ａｅ ｉ ｔ ｕ ｅ ｉ ｓ ｐ ｐ ｒ ｎ ｌｄ ｎ ｉ ｈ ｒ ｃｅ ｔｃ ． ｏ ｄ ｈ ｈ ｉ
Ｋ ｅ ｒ ｓ： ｗｉ ｌｓ ｎ ｏ ｅ ｏ ｋ， ｓ ｌ ｏｇ ｎ ｚｎ ｙ ｗｏ ｄ ｅ ｒ ｅ ｓｓ ｓ ｒｎ ｔ ｒ ｅ ｆ ｒａ ｉｉｇ，ｍ ｕｉ ｇ ｐ ｔｃ ｌ ｅ ｗ － ｔ ｒ ｏ ｏｓ ｎ ｏ
ｃ ｓｅ，ｎｒ － ａｅ ａ －ｅｔｃ ｏａ ｏ－ａｅ ，Ｑ Ｓｂｓｄ ｎｄｈｅ ｒｈ ａ． ｎ ｅｔ ｉ ｒｔ ｏ ｌ ｓｓ ｅｅ ｙａ ｒ，ｄｔ ｃｎｒ ，ｌ ｔ ｎｂ ｄ ａ ｇ ｗ ａ ｉ ｃｉ ｓ ｏ－ａｅ ，ａ ｉ ａ ｉ １ Ａ ｄｔ ｐｃ ｐ ｏ ｌ ｒｃ ｃ ｈ ｙ ａ ｏ ｃｓ ｌ
有 能量有 限 、 计算能 力有 限和存储 能力有 限 的特点 ， 因此路 由协议 设计 要求 考 虑 节 省 能源 、 备 数据 融 具 合 能力 、 鲁棒 性和可 扩展性 ， 节点不 能执 行太 复杂 的 计 算 、 能在 节点保 存太 多的状 态信息 、 不 节点 间不 能 交 换太 多的路 由信 息 ＿。 ２ Ｊ 传 统 网 络 的路 由协 议 对 ＷＳ Ｎ大 多 都 不 适 用 。 如 泛洪 （ ｌ ｄ ｇ路 由是 传 统 网络 中一 种 最 简单 的 Ｆｏ ｉ ） ｏｎ 路 由算 法 ， 不要求 维护 网络 的拓扑 结构 ， 无需 进 它 也 行路 由计 算 ， 收 到 消息 的节 点 以广播 形 式 转 发 数 接 据 分组 ， 直到数 据 分 组 到达 目标 节点 为 止 。但 是这 种路 由方 式 开 销 大 ， 率 低 ， 适 用 于 能 量 有 限 的 效 不 ＷＳ 。 目前 ， 内外研 究人 员 已经 提 出 了 多种 针 对 Ｎ 国 ＷＳ Ｎ的 路 由 协 议 ， 中 较 为 典 型 的 协 议 有 ＳＩ 其 ＰＮ
wsn路由协议的分类
wsn路由协议的分类WSN（无线传感器网络）是由大量低功耗的无线传感器节点组成的网络，用于感知、采集和传输环境信息。
WSN路由协议是指在无线传感器网络中，节点之间进行通信和数据传输时所采用的路由方式和协议。
根据不同的路由方式和协议特点，WSN路由协议可以分为以下几类。
一、平面型路由协议平面型路由协议主要是将网络拓扑结构抽象为二维平面，将节点部署在平面上，通过节点之间的位置关系来确定路由路径。
常见的平面型路由协议有以下几种。
1. GPSR（Greedy Perimeter Stateless Routing）：该协议通过节点的位置信息来进行数据包的路由选择，利用局部贪心算法选择下一跳节点，具有低能耗和高可靠性的优点。
2. GAF（Geographic Adaptive Fidelity）：该协议根据节点的位置信息，动态调整节点的通信范围，从而实现网络中节点的负载均衡和能量均衡。
3. LAR（Location-Aided Routing）：该协议通过节点的位置信息来进行数据包的路由选择，利用洪泛和反向路径设置机制来提高路由的效率和可靠性。
二、层次型路由协议层次型路由协议是将网络划分为不同的层次结构，每个层次有不同的路由策略和协议。
常见的层次型路由协议有以下几种。
1. LEACH（Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy）：该协议将网络节点划分为不同的簇，每个簇有一个簇头节点负责数据的聚集和转发，通过簇头节点和基站之间的通信来实现数据的传输。
2. TEEN（Threshold-sensitive Energy Efficient Sensor Network）：该协议将网络节点划分为不同的阈值范围，节点根据自身能量水平选择合适的阈值范围进行数据的传输和路由选择。
3. MTE（Multicast Tree-based Energy）：该协议通过构建多播树的方式进行数据传输，通过选择合适的多播树结构来实现能量的节约和路由的优化。
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协议设计与优化
无线传感器网络的路由协议设计与优化随着科技的不断进步，无线传感器网络的应用也得到了越来越广泛的应用，例如环境监测、能源管理、安全监测等领域。
因为无线传感器节点具有无线通信、自主性和智能化等特点，可以在复杂、动态和恶劣的环境中完成数据采集和传输。
但是，由于无线传感器节点不具备很强的计算能力和电力，因此设计一种高效的路由协议对于无线传感器网络的性能提升非常重要。
本文将探讨无线传感器网络的路由协议设计和优化。
一、无线传感器网络的路由协议分类在无线传感器网络中，路由协议是传感器节点之间数据传输的关键。
目前常见的无线传感器网络路由协议主要有以下几种类型：1. 基于跳数的路由协议：该路由协议常用于较小的无线传感器网络中，通过指定最短距离的方式将数据传输到目标节点，跳数末尾的节点即为目标节点，但这种协议容易受到动态环境的影响。
2. 基于质量的路由协议：该路由协议根据传感器节点之间信号的强度、质量和耗能等信息进行路径选择，在信号强度较低、干扰较严重的环境中表现出更好的性能。
3. 基于地理位置的路由协议：该路由协议通过传感器节点的位置信息，根据距离和几何形状选择最优路径，可以降低路由开销，并且易于实现。
二、无线传感器网络的路由协议优化为了提升无线传感器网络的性能，需要对路由协议进行优化。
下面列举了一些可行的优化策略：1. 简化路由协议：一些比较复杂的路由协议可能会使传感器节点的计算负载过重，这会导致路由延迟和能源消耗的增加。
因此，可以将协议简化，简化路由计算量，提高路由效率。
2. 优化路由协议算法：在路由协议设计过程中，可以采用一些高效的算法，如Dijkstra、A*和Ant Colony等算法优化路由协议算法，提升网络性能。
3. 均衡路由开销：如果一些节点的负载较高，则可能会导致能源消耗和延迟增加。
因此，在设计路由协议时，需要将负载均衡考虑进去，确保节点负载均衡，提高网络性能。
4. 路由选择干扰较低的路径：在信号干扰相对较高的环境中，选择干扰较低的路径可以降低数据传输误码率，从而提高无线传感器网络的性能。
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。
无线传感器网络路由协议分析
南京邮电大学硕士研究生学位论文术语表术语表Adaptive Threshold sensitive Energy APTEEN 自适应敏感阀值节能型传感网络协议CDMA码分多址Code Division Multiple AccessCSMA 载波侦听多路访问Carrier Sense Multiple AccessDD 定向扩散Directed DiffusionGEAR 地理和能量感知路由Geographic and Energy Routing LEACH 低功耗自适应分簇协议介质访问控制Media Access ControlMCU 微控制单元Micro-Controller UnitPEGASIS Po-Efficient Gathering in SensorInformation System服务质量Quality of Service信息协商传感协议Sensor Protocol for Information viaNegotiationTCP 传输控制协议Transfer Control ProtocolTDMA 时分多址Time Division Multiple AccessTEEN 敏感阀值节能型传感网络协议Threshold sensitive Energy Efficient sensorNetwork protocol用户数据包协议User Datagram ProtocolWSN 无线传感器网络Wireless Sensor Network南京邮电大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京邮电大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。
与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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。
4.2 定向路由扩散DD（Directed Diffusion）
C. Intanagonwiwat等人为传感器网络提出一种新的数据采集模型，即定向路由扩散。
它通过泛洪方式广播兴趣消息给所有的传感器节点，随着兴趣消息在整个网络中传播，协议逐跳地在每个传感器节点上建立反向的从数据源节点到基站或者汇聚节点的传输梯度。
该协议通过将来自不同源节点的数据聚集再重新路由达到消除冗余和最大程度降低数据传输量的目的，因而可以节约网络能量、延长系统生存期。
4.3 谣传路由（Rumor Routing）
D. Braginsky等人提出的适用于数据传输量较小的无线传感器网络高效路由协议。
其基本思想是时间监测区域的感应节点产生代理消息，代理消息沿着随机路径向邻居节点扩散传播。
同时，基站或汇聚节点发送的查询消息也沿着随机路径在网络中传播。
当查询消息和代理消息的传播路径交叉在一起时就会形成一条基站或汇聚节点到时间监测区域的完整路径。
4.4 SPIN（Sensor Protocols for Information via Negotiation）
W. Heinzelman等人提出的一种自适应的SPIN 路由协议。
该协议假定网络中所有节点都是Sink 节点，每一个节点都有用户需要的信息，而且相邻的节点拥有类似的数据，所以只要发送其他节点没有的数据。
SPIN 协议通过协商完成资源自适应算法，即在发送真正数据之前，通过协商压缩重复的信息，避免了冗余数据的发送。
4.5 GEAR（Geographical and Energy Aware Routing）
Y. Yu 等人提出了GEAR 路由协议，即根据时间区域的地址位置，建立基站或者汇聚节点到时间区域的优化路径。
把GEAR 划分为广播式路由协议有点牵强，但是由于它是在利用地理信息的基础上将数据发送到合适区域，而且又是基于DD 提出，这里仍然作为广播式的一种。
5. 坐标式路由协议
5.1 GEM（Graph Embedding）
J. Newsome 和D. Song 提出了建立一个虚拟极坐标系统（VPCS, Virtual
Polar 的Coordinate System）GEM 路由协议，用来代表实际的网络拓扑结构。
整个网络节点形成一个以基站或汇聚节点为根的带环树（Ringed Tree）。
每个节点用距离树根的跳数距离和角度范围两个参数表示。
5.2 GRWLI（Geographic Routing Without Location Information）
A. Rao等人提出了建立全局坐标系的路由协议，其前提是需要少数节点精确位置信息。
首先确定节点在坐标系中的位置，根据位置进行数据路由。
关键是利用某些知道自己位置信息的信标节点确定全局坐标系及其他节点在坐标系中的位置。
6. 分簇式路由协议
6.1 LEACH（Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy）
MIT 的Chandrakasan等人为无线传感器设计的一种分簇路由算法，其基本思想是以循环的方式随机选择簇首节点，平均分配整个网络的能量到每个传感器节点，从而可以降低网络能源消耗，延长网络生存时间。
簇首的产生是簇形成的基础，簇首的选取一般基于节点的剩余能量、簇首到基站或汇聚节点的距离、簇首的位置和簇内的通信代价。
6.2 GAF（Geographic Adaptive Fidelity）
Y. Xu等人提出的一种利用分簇进行通信的路由算法。
它最初是为移动Ad Hoc 网络应用设计的，也可以适用于无线传感器网络。
其基本思想是网络区被分成固定区域，形成虚拟网格，每个网格里选出一个簇首节点在某段时间内保持清醒，其他节点都进入睡眠状态，但是簇首节点并不做任何数据汇聚或融合工作。
GAF 算法即关掉网络中不必要的节点节省能量，同样可以达到延长网络生存期的目的。
参考文献：
[1] 孙利民，李建中，陈渝，朱红松著. 无线传感器网络[M]. 北京：清华大学出版社， 2006.
[2] 周东清，葛午未，朱娜. 基于QoS 的无线传感器网络路由[J]. 计算机工程与应用. 2007，43（23）：157-160.
[3] 宋文，王兵，周应宾等著. 无线传感器网络技术与应用[M]. 北京：电子工业出版社，2007.。