无线传感网络路由协议
无线传感器网络路由协议研究进展
无线传感器网络路由协议研究进展摘要在无线传感器网络体系结构中，网络层的路由技术至关重要。
在介绍无线传感器网络的特点后，对现有的无线传感器网络路由协议进行了分类，然后着重分析了一些有代表性的路由协议的路由机制，并指出了这些协议的优缺点和应用范围。
最后结合该领域当前研究现状，指出了路由协议未来的研究策略与发展趋势。
关键词无线传感器网路；路由协议；路由分类；路由机制中图分类号tn8 文献标识码a 文章编号 1674-6708（2011）35-0173-030 引言随着微电子技术，无线通讯与传感技术的发展，无线传感器网络[1]（wireless sensor networks， wsns）引起了人们广泛的关注。
wsns是由部署在监测区域内的大量廉价微型传感器节点组成，通过无线通讯方式形成的一个多跳的自组织的网络系统。
wsns不需要固定网络支持，在军事国防，生物医疗，环境监测及智能家居等领域具有广阔的应用前景[2]。
作为一种新型的无线自组网络，无线传感器网络与传统的移动自组织网络（mobile ad hoc networks，manet）有着明显的差异，主要体现在：1）wsns节点不移动或很少移动，而manet节点移动性强；2）wsns络旨在收集信息，而manet则倾向于分布式计算和端到端通信；3）wsns节点的能量、存储空间和计算能力有限；4）wsns节点通讯高能耗，数据计算低能耗，节点会因能量耗尽而失效；5）wsns节点数量更大，分布范围更广，节点没有统一编址，节点之间通过广播、多跳通信方式进行数据交换；6）wsns节点产生的数据具有较大的冗余度；这些差异使得manets路由协议不适合直接运用到wsns中，需要结合wsns的特点对其进行改进，提出新的路由协议。
本文对当前较为典型的路由协议进行了分类和总结，指出了路由协议将来发展的趋势，目的在于为路由协议的进一步研究作参考。
1 传感器网络路由协议分类研究近几年，人们提出多种基于不同应用目标的路由协议，并根据不同的应用对路由进行了分类研究与比较[3，4]。
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。
无线传感器网络MAC协议综述1
无限传感网络作业21.认识典型的无线传感器网络MAC协议的工作流程IEEE802.11 采用带冲突避免的载波侦听多路访问CSMA／CA协议，他可以作为基于竞争MAC协议的代表。
但是该协议要求射频部分一直处于侦听状态，消耗r大量的能量，不适合无线传感器网络。
S-MAC 美国加州大学信息科学院的wei Ye和Estrin等人在802．1lMAC协议的基础上，提出了S-AC(SensorMAC协议)该协议主要针对无线传感器网络的节省能量要求。
S-AC协议通常假设传感器网络的数据传输量少，节点协作完成共同任务，网络内部能够进行数据处理和融合减少数据通信量，网络能够容忍一定程度通信延迟。
S-MAC协议就是为减少空闲侦听、冲突避免和减少控制开销而设计的，采用了工作／休眠策略，将时间分为帧，每一帧分为工作阶段和休眠阶段。
其主要采用以下儿种措施：（1）周期性侦听／睡眠：每个节点独立地调度他的工作状态，周期性地转入睡眠状态，睡眠期间关掉无线电收发部分，在苏醒后侦听信道状态，判断是否需要发送或接收数据。
（2）流量自适应侦听机制：通信节点的邻居节点在通信结束后不立即进入睡眠状态而是侦听信道一段时间，无须等待下一次调度，减少了多跳方式引起的传输延迟。
（3）串音避免：每个节点在传输数据时，都要经历RTS／CTS／DATA／ACK的通信过程。
每个分组都有一个域值(NAV)表示剩余通信过程需要持续的时间长度。
若邻居节点处于侦听周期时，记录这个时间长度值，同时进入睡眠状态。
NAV变为0时，节点就被唤醒。
（4）消息传递：S-MAC协议利用RTS／CTS机制，一次预约发送整个长消息的时间，并把一个长消息分成许多短消息。
T-MAC(timeout MAC)协议是在S-MAC协议的基础上提出的。
T-MAC协议在保持周期长度不变的基础上，根据通信流量动态地调整活动时间，用突发方式发送信息，减少侦听时间。
T-MAC协议的优点是减少了空闲侦听功耗，适用于可变负载的场景，但是他根据当前网络通信情况，提前结束活动周期来减少空闲侦听，会带来早睡问题。
无线传感网络路由协议设计
探讨无线传感网络路由协议的设计摘要：无线传感网是全新信息获取及处理技术，本文分析了无线传感网的路由协议设计，基于协商机制的层次型路由协议能够协作地实时监测、感知和采集信息。
关键词：信息获取；无线传感网；实时监测中图分类号：tp212.9 文献标识码：a 文章编号：1007-9599 （2012） 24-0099-021 无线传感器网络简介无线网络通常具有两种组织形式，其中基础设施网络也称作中心结构网络，无基础设施网络是无线网络的另一种组织方法。
根据节点的性质和节点是否频繁且大规模移动，依据路由策略和路由表参将无基础设施网络分为移动ad hoc网络和无线传感器网络。
ad hoc 网络的起源可以追溯到1968年，无线传感器网络最初来源于美国高级国防研究项目署。
无线传感器网络是一种新型的无基础设施网络，近年来随着无线通信、微处理器等发展，它的节点是无线传感器这种特殊设备，要求其具有很强的健壮性和抗毁性，因此，各个无线节点静态地随机分布于某一区域。
无线传感器、感知对象和观察者是重要因子，协作地感知、采集和处理网络覆盖内容，完成大的感知任务。
如传感器包括电源、感知部件、处理部件、收发部件和软件；电源为传感器提供正常工作所必需的能源；观察者是无线传感器网络的用户。
感知对象是观察者感兴趣的监测目标，传感器节点散布在指定的感知区域内，是无线传感器网络的感知对象，节点任意散落在被监测区域内，可以被多个传感器网络感知。
（1）无线传感器网络的特点。
无线传感器网络特点是具有移动性、自组织性、电源能力有限，节点数量庞大、单个节点资源极其有限、可监视范围广等。
详细地说，无线传感器网络的通信带宽窄而且经常变化，传感器的电源能量极其有限，都具有嵌入式处理器和存储器，传感器节点密集，数量巨大，无线传感器网络具有一定的动态性，拥有大规模分布式触发器，通常都面临较大的流式数据，具有实时性。
传感器之间的通信断接频繁，电源能量约束是阻碍无线传感器网络应用瓶颈，传感器具有计算能力能完成一些信息处理工作。
无线传感网络第七章
洪泛路由算法是一个简单有效的路由算法，其基本思想 是每个节点都是用广播转发收到的数据分组，若收到重 复分组则进行丢弃处理。洪泛协议会导致数据分组以源 节点为中心进行扩散，为了不造成大面积的扩散占用过 多的网络资源以及使扩散收敛，需要设定合适的TTL值 （IP包被路由器丢弃之前允许通过的最大网段数量）， 保证数据分组只经过有限跳路由； 此外为了进行重复分组检测，每个节点需要维护一个数 据分组序号SEQ和一张路由表，源节点每发送一个数据 分组则将SEQ增1，并将该SEQ添加到数据分组的IP头部 ，其余节点收到数据分组后会将该SEQ记录到路由表并 根据该SEQ进行重复分组检测。
LEACH局限性
1 由于LEACH假定所有节点能够与汇聚节点直接通信， 并且每个节点都具备支持不同MAC协议的计算能力，因 此该协议不适合在大规模的无线传感器网络中应用。 2 协议没有说明簇头节点的数目怎么分布才能及于整个 网络。因此，很可能出现被选的簇头节点集中在网络某 一区域的现象，这样就会使得一些节点的周围没有任何 簇头节点。 3 由于LEACH假定在最初的簇头选择回合中，所有的节 点都携带相同的能量，并且每个成为簇头的节点都消耗 大致相同的能量。因此，协议不适合节点能量不均衡的 网络。
存时间。
7.3 层次路由协议
LEACH在运行过程中不断的循环执行簇的重构过程，每个簇重构过程可以 用回合的概念来描述。每个回合可以分成两个阶段：簇的建立阶段和传输数 据的稳定阶段。为了节省资源开销，稳定阶段的持续时间要大于建立阶段的持 续时间。簇的建立过程可分成4个阶段：簇头节点的选择、簇头节点的广播、 簇头节点的建立和调度机制的生成。 簇头节点的选择依据网络中所需要的簇头节点总数和迄今为止每个节点已 成为簇头节点的次数来决定。具体的选择办法是：每个传感器节点随机选择01之间的一个值。如果选定的值小于某一个阈值，那么这个节点成为簇头节点。 选定簇头节点后，通过广播告知整个网络。网络中的其他节点根据接收信 息的信号强度决定从属的簇，并通知相应的簇头节点，完成簇的建立。最后， 簇头节点采用TDMA方式为簇中每个节点分配向其传递数据的时间点。 稳定阶段中，传感器节点将采集的数据传送到簇头节点。簇头节点对簇中 所有节点所采集的数据进行信息融合后再传送给汇聚节点，这是一种较少通信 业务量的合理工作模型。稳定阶段持续一段时间后，网络重新进入簇的建立阶 段，进行下一回合的簇重构，不断循环，每个簇采用不同的CDMA代码进行通信 来减少其他簇内节点的干扰。
无线传感网络中的路由协议选择技巧
无线传感网络中的路由协议选择技巧无线传感网络（WSN）是一种由大量节点组成的网络，用于收集、处理和传递环境数据。
节点之间的通信是通过无线信号进行的，因此在无线传感网络的设计中，路由协议的选择至关重要。
合适的路由协议能够有效地管理网络资源，提高网络的性能和可靠性。
本文将介绍无线传感网络中的路由协议选择技巧，并分析几种常见的路由协议。
1. 路由协议选择的考虑因素在选择适合的路由协议之前，需要考虑以下因素：1.1 网络拓扑：了解无线传感网络的拓扑结构是十分重要的。
根据拓扑结构的不同，选择相应的路由协议，以实现最佳的网络性能。
1.2 网络规模：无线传感网络中节点数量通常很大，因此选择能够在大型网络中扩展和适应的路由协议是至关重要的。
1.3 能耗：无线传感网络中的节点通常由电池供电，因此能耗是一个重要的考虑因素。
选择能够降低能耗的路由协议，延长网络寿命。
1.4 网络负载：根据网络负载的不同，选择相应的路由协议以实现负载均衡和数据优化的目标。
1.5 可靠性：无线传感网络通常应用于一些重要的应用领域，如环境监测、医疗和军事等。
因此，在选择路由协议时要考虑网络的可靠性，以确保数据的可靠传输。
2. 常见的路由协议2.1 LEACH（Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy）LEACH是一种经典的无线传感网络路由协议。
它是基于集群的路由协议，将网络节点以集群的形式进行组织，每个集群有一个簿记节点负责协调和管理。
通过使用低能耗的簿记节点，LEACH能够有效地降低网络能耗，延长网络寿命。
2.2 AODV（Ad hoc On-Demand Distance Vector Routing）AODV是一种基于距离向量的路由协议，常用于自组织无线网络。
AODV通过建立和维护路由表来实现数据的传输。
它具有自主拓展性和快速重新路由的特点，并且适用于动态网络环境。
2.3 DSR（Dynamic Source Routing）DSR是一种无线传感网络中常用的动态路由协议。
无线传感网络中的拓扑控制与路由协议比较研究
无线传感网络中的拓扑控制与路由协议比较研究无线传感网络（Wireless Sensor Network, WSN）是由大量分布在空间中的无线传感器节点组成的网络。
这些节点可以感知周围环境的信息，并将其传输给其他节点或基站。
拓扑控制和路由协议是WSN中关键的技术，对于网络的性能和能耗有着重要影响。
本文将对WSN中常用的拓扑控制和路由协议进行比较研究。
一、拓扑控制拓扑控制是指在WSN中建立和维护节点之间的连接关系，以构建合适的网络拓扑结构。
常见的拓扑控制方法有静态和动态两种。
静态拓扑控制常用的方法是基于位置的方法。
节点根据自身的位置信息，选择与其相邻的节点进行通信。
这种方法简单直观，但对节点位置信息要求较高，且不能适应网络拓扑的动态变化。
动态拓扑控制方法根据网络的需求和特点，动态地调整节点之间的连接关系。
其中，最小生成树（Minimum Spanning Tree, MST）是一种常用的动态拓扑控制算法。
MST算法通过选择一棵树，使得网络中所有节点都能够连通，并且树的总边权最小。
这种方法可以适应网络拓扑的变化，但在大规模网络中计算复杂度较高。
二、路由协议路由协议是指在WSN中确定数据传输路径的方法。
常见的路由协议有平面路由、分层路由和基于位置的路由。
平面路由是指所有节点在同一层次上进行通信，数据通过多跳传输到达目的地。
常见的平面路由协议有LEACH、PEGASIS等。
这种路由协议简单易实现，但在大规模网络中，会出现能耗不均衡和网络拥塞的问题。
分层路由是将网络分为多个层次，每个层次中的节点负责不同的任务。
常见的分层路由协议有TEEN、APTEEN等。
这种路由协议能够提高网络的能耗均衡性和扩展性，但增加了网络的复杂性。
基于位置的路由是根据节点的位置信息确定数据传输路径。
常见的基于位置的路由协议有GEOCAST、GPSR等。
这种路由协议能够减少能耗，提高网络的可靠性，但对节点位置信息要求较高。
三、比较研究从拓扑控制和路由协议的角度来看，静态拓扑控制方法适用于节点位置固定的场景，但对节点位置信息要求较高。
无线传感器网络路由协议
浅析无线传感器网络路由协议[摘要]无线传感器网络作为计算，通信和传感器官项技术相结合的产物，目前成为计算机科学领域一个活跃的研究分支。
结合近年来国外的研究成果，着重从路由协议方面介绍无线传感器网络的研究现状，比较分析了flooding、gossiping、spin、directed diffusion等多种路由协议，指出了各自的特色。
[关键词]无线传感器网络、路由协议、flooding中图分类号：tn711 文献标识码：a 文章编号：1009-914x（2013）09-0044-021、引言无线传感器网络的研究起步于20世纪90年代末期，无线传感器网络作为一个全新的研究领域，在基础理论和工程技术两个层面向科技工作者提出了大量的挑战性研究课题。
无线传感网络的网络结构由三个主要部分组成[1]：传感节点，终端节点（sink）和观察对象，节点由四部分组成：（1）由微处理器或微控制器构成的计算子系统；（2）用于无线通信的短距离无线收发电路，即通信子系统；（3）将节点与物理世界联系起来，由一组传感器和激励装置构成的传感子系统；（4）能量供应子系统，包括电池和ac-dc转换器。
2、路由协议的分类网络数据传输离不开路由协议，无线传感器网络路由协议根据不同的角度可以进行不同的分类。
根据路由发现策略的角度，可分为主动路由和被动路由两种类型；根据网络管理的逻辑结构可将路由协议分为平面路由和分层结构路由两类[2][3]。
3、无线传感器网络中现有路由协议分析3.1 平面路由协议3.1.1 扩散法[4]（flooding）扩散法是一种传统的网络路由协议，如图1所示：一节点a希望发送一块数据给节点d，使用扩散法，节点a首先通过网络将数据副本传送给它的每一个邻居节点，每一个邻居节点又将其传输给各自的每一个邻居节点，除了刚刚给它们发送数据副本的节点a外。
如此继续下去，直到将数据传输到目标节点d为止或者为该数据所设定的生命期限变为零为止或者所有节点拥有此数据副本为止。
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为了支持这种通信模式，WSN中很多路由协议建立具有树状结构的路由。
三、以数据为中心的设计理念
把WSN看成是一个大型的数据库，用户关心的是从这里得到什么信息，
而不关心数据库中的哪个元素（node）提供了该信息。
该理念对网络层的一个重要影响是节点的地址分配：一般情况下没必要为每 个node分配全局唯一地址，node描述信息产生时间、地点和内容即可。从事 实现多跳通信的角度，需要在局部标识不同的节点。
a、分层路由：网络分成若干层，低一层的群首构成高一层的网络。节点 地位不同，首为局部控制中心，负责群内路由、信道接入、休眠调度等； 大多数节点作为群成员其操作相对简单，控制开销较低。
b、地理路由：地理位置信息实际上体现节点间相对拓扑关系，利用这一信息路由 能很大程度上降低用于收集拓扑信息付出的开销，提高协议的可扩展性
地理路由使用的前提是节点能获得自己和目的节点的地理位置信息。 对于节点有移动性，任意两个节点之间都可能进行通信的网络，为获 得目的节点的位置信息需不断更新位置信息，开销较大，地理路由的 优势就不明显。
3、数据传输可靠性 数据传输的可靠性直接关系到WSN是否能给用户提供准确、全
面和可靠的消息，而WSN中节点无线通信能力弱，应用环境复 杂，实际的链路质量比较低。如何保证数据传输的可靠性是 WSN路由设计中的一个关键问题。 影响WSN数据传输可靠性原因：
因此，设计路由协议时，应考虑拓扑的动态变化，以提高协议的灵活性和扩 展性。
五、能量受限、结构简单的节点 1、Node大都由电池供电，电池体积小，能量有限且难以更换，很多场合 需要WSN连续工作数年甚至更长。 2、Node结构简单，存储、处理、通信能力低，单个节点可靠性差。
因此，要求协议充分考虑能量有效性以降低能耗，同时要求尽可能简单，具 有容错性。
的控制中心。在这种无中心的环境下，路由可以看成分布式地获取网 络拓扑信息，以一定准则计算路由并对路径进行维护的过程。
1.2 WSN的特点
一、从路由设计的角度出发，WSN具有以下特点： 1、形式多样的信息报告模式 WSN中信息报告模式分三类：
a、事件触发：节点采用信息后判断，若超过一定的阈值，则认为 发生了某种事件，需要立即上报，如用于预警的WSN。
b：事件报告模式：采用先应式(proactive)的方法建立 路由更加合适。
c：基于查询模式：查询信息的本身就可以辅助建立路 由
二、多对一和一对多为主的业务模式
WSN的主要业务是传感器节点把采集到的信息传给sink（多对一）和
sink向节点（一对多）下达查询命令，这是典型的多对一和一对多的模式。
1、1概念
无线传感网络中路由协议的主要任务是建立从源节点到汇聚节点的路 由，并可靠地传输数据。作为无线传感器网络中数据的指挥者，路由 协议主要有以下两个方面的功能：
1、建立源节点到目的节点的优化路径。 2、将数据沿分组着优化路径正确转发。 与有线网络和蜂窝式无线网络不同，WSN中没有基础设施和全网统一
该理念还影响分组转发的过程：WSN中，原始数据可能存在一定的冗余，
在满足信息采集的要求的前提下，可以在数据转发过程中对其进行修改，甚
至把多个分组合并成一个分组进行融合，从而降低能耗。
四、动态变化的网络拓扑 1、大部分的WSN中节点并不移动，造成网络拓扑变化的主要原因是节点 的失效和存在不可靠性、非对称链路。 2、在有些WSN中的节点是可移动的，如医疗监测WSN、候鸟迁徙WSN等， 网络拓扑变化比较快。
1.4 路由协议的关键问题分析
1、能量有效性 提高能量有效性是WSN从硬件设计到软件开发都必须考虑的问题。 从路由协议设计的角度有两种思路提高能量有效性：
a、节能：寻找节能路由，减少路由建立和维护的控制开销，提高路由可 靠性。
b、能耗均衡：从空间上调度能量资源，使网络中能量均衡消耗。
2、可扩展性 可扩展性是指网络的性能不随着网络中节点的数量增加而有明显的下降。 两类重要策略：
无线传感器的路由协议
路由协议
1、概述 1.1概念 1.2 WSN的特点 1.3 WSN的特点及对路由设计的影响 1.4路由协议的关键问题分析 1.5路由协议的设计目标与设计原则
2、WSN的路由协议 2.1路由协议的分类 2.2典型的路由协议分析 2.3 Flooding与Gossiping 2.4 SPIN协议
六、密集布设的大规模网络 WSN通常密集布设大量节点，节点数量达到成千甚至上万。同时节点的密度 也很高，有的情况可以达到20个/m3。这些使得协议的可扩展性变得十分重 要
1.3 WSN的特点及对路由设计的影响
1、网络特点是路由设计的主要依据，对网络特点的分析是进行协议设计的前提。 2、无线传感网络中，网络业务的最大特点是具有明显的方向性。 3、为了实现信息采集的目的，WSN的网络业务大都发生在数据汇聚节点（sink）
b、周期性：节点定期把采集到的信息报告给sink。如野生动植物 和环境监测WSN。
c、基于查询：node不主动向sink上报采集到的信息，而是等待用 户查询，根据用户的需要反馈信息。
d、混合模式：前三种的综合，如智能交通的WSN。
不同的信息报告模式影响路由的触发模式：
a：事件触发模式：从节能的角度，按需（on demand） 建立路由更恰当
和普通的传感器节点之间，包括sink节点到传感器节点的下行业务（如查询 指令下达）和传感器节点到sink的上行业务（如采集信息的回转）。 4、传感器节点之间的横向业务所占比例较小，主要是网络的控制信息和网内信 息处理所需要的信息。 5、无线传感器网络的一个基本理念是以大量低成本节点组网，通过节点之间的 协作获得比单一的高精度、高可靠性和高成本的传感器更好的信息采集效果。 传感器节点的能量约束和无线通信链路的不可靠是无线传感器网络固有的， 将对协议设计产生较大的影响。
a、无线信道上的碰撞导致分组无法正确接收 b、节点故障使路由不可用，导致分组丢失 c、链路不可靠，导致分组传输出错或丢失