无线传感器网络路由协议研究
无线传感器网络路由协议研究
[摘要] 无线传感器网络是由传感器技术、计算机网络技术和微机电系统(mems)综合发展而来的一门新型信息采集和处理的新兴技术产物,其广泛应用于环境科学、国防军事、医疗健康等领域,日益受到国内外的关注。本文以典型的分簇式路由协议--leach协议作为研究对象,分析了leach协议的特点,并与异构分簇协议deec协议进行了比较。模拟实验结果显示,与leach分簇协议相比,此分簇算法在异构网络下提供了更长的网络生存时间和更大的网络有效吞吐量。
[关键词] 无线传感器网络 路由协议 leach deec 能量有效
1.研究背景和意义
无线传感器网络涉及了诸多学科高度交叉和众多知识高度集成的一门新兴技术,是当今研究的热点前沿领域无线传感器网络
(wireless sensor network)是由随机部署在所监测区域内大量微型传感器节点通过无线通信技术组成的自组织网络,各传感器节点协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息,并发送给观测者。无线传感器网络集数据的采集、传输及融合分析于一体,是信息技术的一个新热点研究领域,在国防军事、环境监测、工农业、城市管理、生物医疗、抢险救灾、远程监控等领域具有广阔的应用前景及巨大潜在的应用价值,已经被认为对21世纪产生巨大影响的重大技术之一,成为一个公认的新兴热点研究领域。无线传感器网络路由协议研究设计的重要目标是降低节点能源损耗,提高网络生存时间,这一重要目标已经成为无线传感器网络研究中的热点。
2.无线传感器网络的结构
无线传感器网络是由众多传感器节点以 adhoc(移动自组织、多跳网络)方式构成的无线网络。其目的是感知、采集和转发网络覆盖的地理区域中感知对象的各种信息,并发送给观测者。依据以上的定义,传感器节点、感知对象和观测者是无线传感器网络的三个组成部分;无线网络是传感器之间、传感器节点与观测者之间进行数据传送的通信基础,用于在传感器与观测者之间建立通信路径;协作地感知、采集、处理、发送感知信息是无线传感器网络的基本功能。用户(观测者)通过管理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,无线传感器网络结构如图2-1所示:
3.leach 协议算法及deec协议实现仿真
(1)leach 协议算法 leach是一种分布式分级路由协议,其采用所有节点周期性的轮流担任簇首节点的办法来达到使得所有节点均匀消耗能量的目的,每一个节点通过一个概率来决定自己是否成为簇首节点,并保证每轮有相当数量的簇首节点。
图2-1无线传感器网络结构
(2) deec协议算法,deec算法是针对一般性的多级异构网络设计,通过以节点平均能量的估计值作为参考值,并根据剩余能量与参考值的比值自适应地调整簇首轮转周期,从而达到所有节点几乎同时死掉的目的,比以往的方法具有更强的可操作性。在deec算法中,deec使用节点的剩余能量水平来决定簇首节点的选举,使簇首的选举适应能量的变化。 deec算法假定网络是多级异构的,节点的初始能量在闭区间[e0,e0(1+αmax)]内随机分布,每个节点按照其初始能量的不同具有不同的簇首概率门限值。设p表示优化簇首比例,ni表示节点si的簇首轮转周期,pi为节点si的簇首轮转周期ni的倒数,每个节点si按照其初始能量的不同取不同的加权概率:
(3-1)
上式中,α表示高级节点初始能量超过正常节点初始能量的倍数,n为区域内传感节点数,ei(r)为节点si在第r轮的剩余能量,(r)网络的平均能量。在deec算法中,用表示节点si的基本轮转周期(我们称其为参考周期)。初始能量不同,相应的ii就不同。注意到ni=1/pi,上式表明根据剩余能量的变化,每个节点的轮转周期ni围绕其参考周期ii进行波动。如果e i(r)> (r),就有ni (3)算法实现仿真及性能分析,利用matlab生成一个节点分布图,将100个节点随机分布在100m100m区域内,sink节点置于(50,50)处。通过matlab作为试验平台,对deec算法与leach算法进行仿真比较及性能分析。在簇首选举过程中,簇首数目的多少影响到簇的半径和簇内节点到簇首的通信距离,从而对网络耗能产生影响。图3-1是leach算法与deec算法在每轮中簇首数目占总节点比例关系图。由图可以看出,deec算法在簇首选举中簇首产生数目都比leach算法多,也就是说,在deec算法中具有高初始能量和高剩余能量的节点将比低能量节点有更多的机会成为簇首节点,从而使网络的能量在演化过程中得到均匀的分布,提高了能量的有效性。 显然,deec算法较leach算法簇首数目较多从而更能够均匀网络能耗。无线传感器网络靠节点采集传输数据的,一旦有节点失效,网络整体性能也会随之衰退。节点能耗均匀能够在很大程度上提高网络的生存时间。由图3-2、图3-3分别比较了leach算法和deec算法网络生存时间、能量消耗的对比关系情况。从而可以看出,deec算法不仅提高了网络生存时间,而且也较好地均衡了网络中所有节点的能耗。 图3-1 leach与deec两种算法的簇首占总节点比率关系图 图3-2 leach算法与deec算法网络生存时间对比关系图 图3-3图leach算法与deec算法网络能量消耗对比关系图 仿真结果表明,与leach算法相比,deec算法不仅提高了网络能量的有效性,延长了网络生存时间,而且均衡了网络节点的能耗,deec算法性能优于leach算法。 4.结论 无线传感器网络有着巨大的发展前景,已逐渐成为计算机科学和通信科学研究中的一个热点领域。无线传感器网络路由协议设计的基本特点可以概括为:能量低、规模大、移动性弱、拓扑易变化、使用数据融合技术和通信的不对称。因此,能量高效利用并提高网络生存时间成为无线传感器网络路由协议设计的一个重要问题。 参考文献: [1] 梁英,于害斌,曾鹏.无线传感器路由协议.信息与控制,2005.6,第34卷第3期 [2] 李善仓,张克旺.无线传感器网络原理与应用[m].机械工业出版社,2008 [3] 袁林锋,程文青,杜旭.基于有效传输的能量敏感的路由协议计算机科学.2007 [4] 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].软件学院,2006, 作者简介: 熊水平(1976—)江西丰城人,河池学院物理与电子信息工程系,主要研究的方向为通信与信息系统; 龚英姬(1979—)广西藤县人,河池学院物理与电子信息工程系,主要研究的方向为信号处理。
基于QoS无线传感器网络路由协议的研究
ｌｌ０ 计算机与数字工程 第３５卷
基于ＱｏＳ无线传感器网络路由协议的研究
李娟 ， 陆际光
（中南民族大学计算机科学学院 ’ 武汉４３００７４）（西北第二民族学院计算机科学与技术系 银川７５００２１）
摘要无线传感器网络的特性决定其主要目标是全网范围的资源有效利用，并且还要支持多种业务的差别服务。 因此，许多研究工作通过研究ＱｏＳ路由来解决该问题，并提出一系列ＱｏＳ路由协议。介绍无线传感器网络ＱｏＳ路由技术的
相关概念、特点及面临的问题。然后，对当前的无线传感器网络的ＱｏＳ主要路由协议进行了详细的分析。最后探讨无线传 感器网络路由技术的今后的发展动态和研究方向。 关键词无线传感器网络ＱｏＳ路由协议
中图分类号ＴＰ３９３
１ 引言
无线传感器网络是由部署在监测区域内的大
量的具有数据感知、信息处理和无线通信能力、随
机散布的传感器构成的无线自组织网络。能够实
时感知和采集对象的信息，并对这些信息进行处理
并传给用户。随着传感器网络的深入研究，它将在 军事、民用、工业等方面有着广阔的应用前景¨ 。
但是无线传感器网络比其它传统的无线网络来说
有很多限制，诸如能量限制、计算能力的限制和带
宽的限制等等，应用于传统无线网络的许多许多协
议与算法并不适合传感器网络。而且近年来随着
应用的不断深入，要求不同的业务对应着相应的网
络服务质量（ＱｏＳ）。所以，无线传感器网络ＱｏＳ协
议的设计理论与方法的研究已成为解决问题的关
键技术之一，具有重要的实际意义和应用价值。
２ 无线传感器网络的ＱｏＳ路由技术
２．１ 无线传感器网络的特征及支持ＱｏＳ所面临
的问题
由于传感器网络自身的特性，在实现各种支持
ＱｏＳ网络协议和应用系统时，存在很多限制问
题 ］。
（１）能量消耗问题。由于在无线传感器网络
中，节点能量有限且一般没有能量补充，传感器节
点消耗能量的模块包括传感器模块、处理器模块和
无线通信模块，绝大部分能量消耗在无线通信模块 中。如何高效使用能量来最大化网络生命周期，成
无线传感器网络路由协议的研究与展望
第１期 ２００６年２月 中目鼋；矸譬研雹『囊．罾帆
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ＣＡＥＩＴ Ｖ０Ｉ．１ ＮＯ．１ Ｆｅｂ．２００６
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无线传感器网络路由协议的研究与展望
李莉 ，温向明 ，董树松
（１．北京邮电大学，北京１００８７６）
（２．中国电信集团北京市电信公司，北京１０００３２）
摘要： 无线传感器网络是一种新兴的技术，已经引起国内外许多研究学者的关注。针对尚处于研究
阶段的路由协议进行详细地分析与研究，首先根据无线传感器网络的分层模型和区别于其他无线网络的
诸多特点，说明设计无线侍感器网络路由协议的必要性；然后分析现有几种典型的路由协议，重点是分层
路由协议的工作原理；最后指出在设计路由协议时应该考虑的关键因素，指明今后的研究方向。
关键词：无线；传感器；路由
中图分类号：ＴＮ９１５．０４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７３—５６９２【２０ｏ６）０１—０１７—０５
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ ｐｒｏｓｐｅｃｔ ｏｆ ｒｏｕｔｉｎｇ ｐｒｏｔｏｃｏｌ ｉｎ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｓｅｎｓｏｒ Ｎｅｔｗｏｒｋ
Ｕ Ｉ＿ｊ ，ＷＥＮ Ｘｉａｎｇ－ｍｉｎｇ 。Ｄ０ＮＣ Ｓｈｕ－ｓｏｎｇ２
（１．Ｂｅｉｊｉ￣Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ ｐｏｓｔｓ ａｎｄ ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １００８７６） （２．Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｔｅｌｅｃｏｍ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００３２）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｓｅｎｓｏｒ ｎｅｔｗｏｒｋ ｉＳ ａ ｎｅｗ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｗｈｉｃｈ ｈａｓ ａｌｒｅａｄｙ ｂｅｅｎ ｐａｉｄ ｍｕｃｈ ｍｏｒｅ ａｔｔｅｎｔｉｏｎｓ ｂｙ
ｍａｎｙ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｒｓ． ｅ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｓ ｏｎ ｔｈｅ ｒｏｕｔｉｎｇ ｐｒｏｔｏｃｏｌ ｏｆ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｓｅｎｓｏｒ ｎｅｔｗｏｒｋ ａｒｅ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ．
无线传感器网络多路径路由协议研究进展
第２４卷第６期 ２００７年６月 计算机应用研究 Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ Ｃｏｍｐｕｔｅｒｓ Ｖｏ１．２４ Ｎｏ．６ Ｊｕｎｅ ２００７
无线传感器网络多路径路由协议研究进展术
于继明，卢先领，杨余旺，孙亚民，杨静宇
（南京理工大学计算机科学与技术学院，江苏南京２１００９４）
摘要：在研究目前存在的多径路由协议特点及核心路由机制基础上，总结了多路径路由协议的特征，并对不
同的多路径路由相关项进行了比较。最后指出了多路径路由的研究思路以及未来的发展趋势。
关键词：无线传感网络；多路径路由；路由机制
中图分类号：ＴＰ３９３．０４ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００１－３６９５（２００７）０６－０００１－０３
Ｏｖｅｒｖｉｅｗ ｏｆ Ｍｕｌｔｉｐａｔｈ Ｒｏｕｔｉｎｇ Ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ ｉｎ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｓｅｎｓｏｒ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ
ＹＵ Ｊｉ－ｍｉｎｇ，ＬＵ Ｘｉａｎ－ｌｉｎｇ，ＹＡＮＧ Ｙｕ－ｗａｎｇ，ＳＵＮ Ｙａ－ｍｉｎｇ，ＹＡＮＧ Ｊｉｎｇ－ｙｕ
（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆＣｏｍｐｕｔｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆＳｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ Ｊｍｎ￣ｕ ２１００９４，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｈａｒａｃｔｅｒｓ ａｎｄ ｋｅｙ ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ ｏｆ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｍｕｈｉｐａｔｈ ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ ｗｅｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｆｅａｔｕｒｅｓ ｏｆ ｍｕｈｉｐ￣ｈ ｒｏｕｔｉｎｇ ｗｅｒｅ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ，ｍａｎｙ ｉｔｅｍｓ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ ｗｅｒｅ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｕｓｉｎｇ ｔａｂｌｅ．Ｆｉｎａｌｌｙ ｆｕｔｕｒｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｍｅａｎｓ ａｎｄ ｔｒｅｎｄｓ ｗｅｒｅ ｉｎｄｉｃａ－ ｔｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｅｎｓｏｒ ｎｅｔｗｏｒｋｓ；ｍｕｈｉｐａｔｈ ｒｏｕｔｉｎｇ ｐｒｏｔｏｃｏｌ；ｒｏｕｔｉｎｇ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ
无线传感器网络分簇路由协议研究综述
第２期 ２０１０年３月 湖南人文科技学院学报 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｈｕｎａｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｈｕｍａｎｉｔｉｅｓ，Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｎｏ．２ Ｍａｒ．２０１０
无线传感器网络分簇路由协议研究综述 刘琼 ，２ （１．湖南大学软件学院，湖南长沙４１００８２；２．湖南人文科技学院教务处，湖南娄底４１７００１） ［摘要】首先分析了无线传感器网络区别于传统无线网络的个性化特点，然后从簇头选举、簇的形成和数据传输等 方面概括了无线传感器网络分簇路由协议的研究现状，最后对无线传感器网络路由协议进行了总结。 ［关键词］无线传感器网络；节能；路由协议 ［中图分类号］ＴＰ３９３ ［文献标识码］Ａ ［文章编号］１６７３—０７１２（２０１０）０２一ｏ０２４一Ｏ３ 作为新一代传感器网络，无线传感器网络（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｓｅｎｓｏｒ Ｎｅｔｗｏｒｋ，ＷＳＮ）的研究始于１９９０年代末期。从２０００ 年起，国内外的无线传感器网络研究１３趋活跃，取得了很多 研究成果。由于无线传感器网络可以使人们在任何时问、 地点和任何环境下获取大量可靠的信息，所以这已经引起 了世界上许多国家在军事领域、工业领域和学术领域的极 大关注。美国《商业周刊》认为无线传感器是全球未来四 大新技术之一，是２１世纪世界最具有影响力的２１项技术 之一。 本文从簇头选举、簇的形成、数据传输等方面概括了目 前研究者在无线传感器网络分簇路由协议节能方面的相关 研究，为进一步研究无线传感器网络路由协议提供参考。 １ 无线传感器网络特点 无线传感器网络是指一组传感器节点被部署在监测区 域中，这些传感器节点以无线通信方式形成一个自组织网 络系统，它们协作的感知、采集并处理网络覆盖区域中感知 对象的信息，并发送给基站 Ｊ。与传统无线网络相比它具 有如下特点： １．１自组织网络 网络的部署无需依赖任何预设的网络设施，节点通过 分层协议和分布式算法协调各自的行为，节点活跃状态下 可以快速、自动地组成一个独立的网络。 １．２动态网络 传感器网络的拓扑结构由于各种因素而改变，如节点 的电能耗尽或自然灾害等原因影响失效，各种条件的变化 可能造成无线通信链路带宽发生变化，甚至通信不稳定，这 些问题要求传感器网络系统要能够适应这种变化，具有动 态系统可重构性。 １．３通信能力受限 传感器节点的通信带宽是有限的，通常仅有几百ｋｂ— ｐｓ。传感器节点的通信范围与无线电发送设备的发送信号 强度、接收设备的接收能力及自然环境（如山地，树林）等 干扰因素有关。 １．４以数据为中心的网络 互联网中将网络设备用唯一的ＩＰ地址进行标识，是一 个以地址为中心的网络。无线传感器网络节点是否编号取 决于网络通信协议的设计，用户使用无线传感器网络查询 事件时，直接将所关心的事件通告给网络，网络在获得指定 事件的信息后汇报给用户。 １．５电源能量有限 传感器节点通常通过自身携带的电池供电，能量是非 常有限的，由于传感器节点的数量规模庞大，而且工作的环 境非常复杂甚至有危险的，通过人工更换电池的方式补给 能量是不太现实的。 １．６多跳路由 传感器节点覆盖在一定的区域外，因此节点之间采用 多跳的通信方式来减少远距离传输能量消耗。 传统的无线网络首要目标是提供高可靠性和更高的带 宽；而无线传感器网络存在能量受限的问题，因此无线传感 器网络路由设计大多把能耗最小化作为首要目标。针对以 上特点，许多研究人员提出了很多高效节能的路由协议。 ２无线传感器网络路由协议研究综述 ＬＥＡＣＨ 是最早提出的分簇路由协议，它的基本思想 是：以循环的方式随机选择簇头节点，将整个网络的能量负 载平均到每个传感器节点，从而达到降低网络能量耗费、延 长网络生命周期的目的。从ＬＥＡＣＨ执行过程我们看出，每 ［收稿日期］２０１０—０２—１５． ［作者简介］刘琼（１９７７一），男，湖南双峰人，湖南人文科技学院助教，湖南大学软件学院在读硕士，研究方向：无线传感器网络路由 协议。
无线传感器网络安全路由协议技术研究综述
ＣＯＭＰＵＴＩＮＧ ＳＥＣＵＲＩＴＹ ＴＥＣＨＮＩＱＵＥＳ 计算机安全技术
无线传感器网络安全路由协议技术研究综述
任晓刚
（常熟市第一人民医院，江苏常熟２１５５００）
摘 要：综述了无线传感器网络安全路由协议研究工作的最新进展，包括安全ＬＥＡＣＨ协议、安全分簇路由协议、 高效安全路由协议、安全组播路由协议、安全地理路由协议、安全多径路由协议等技术，分析研究了几种具有代表
性的安全路由协议，并指出当前无线传感器网络安全路由协议研究亟待解决的问题和将来的研究方向。
关键词：无线传感器网络；网络安全；路由协议；能量效率
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｓｕｒｖｅｙ ｏｎ Ｓｅｃｕｒｅ Ｒｏｕｔｉｎｇ Ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ ｆｏｒ
Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｓｅｎｓｏｒ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ
ＲＥＮ Ｘｉａｏ－ｇａｎｇ
（Ｃｈａｎｇｓｈｕ ＮＯ．１ Ｐｅｏｐｌｅ’Ｓ Ｈｏｓｐｉｔａｌ，Ｊｉａｎｇｓｕ Ｃｈａｎｇｓｈｕ ２１５５００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ ｒｅｖｉｅｗｓ ｔｈｅ ｓｅｃｕｒｉｔｙ ｏｆ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｓｅｎｓｏｒ ｎｅｔｗｏｒｋ ｒｏｕｔｉｎｇ ｐｒｏｔｏｃｏｌ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｎｅｗｅｓｔ ｐｒｏｇｒｅｓｓ，ｉｎｃｌｕｄｅ ｓｅ— ｃｕｒｉｔｙ ｏｆ ＬＥＡＣＨ ｐｒｏｔｏｃｏｌ，ｓｅｃｕｒｉｔｙ ｃｌｕｓｔｅｒｉｎｇ ｒｏｕｔｉｎｇ ｐｒｏｔｏｃｏｌ，ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ａｎｄ ｓｅｃｕｒｅ ｒｏｕｔｉｎｇ ｐｒｏｔｏｃｏｌ，ｓｅｃｕｒｅ ｍｕｈｉｃａｓｔ ｒｏｕｔｉｎｇ ｐｒｏｔｏｃｏｌ，ｓｅｃｕｒｅ ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃ ｒｏｕｔｉｎｇ ｐｒｏｔｏｃｏｌ，ｓｅｃｕｒｅ ｍｕｃｈ ｒｏｕｔｉｎｇ ｐｒｏｔｏｃｏｌ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｒｅｓｅａｒｃｈ，ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｓｅｖｅｒａｌ ｒｅｐｒｅｓｅｎ— ｔａｔｉｖｅ ｓｅｃｕｒｉｔｙ ｒｏｕｔｉｎｇ ｐｒｏｔｏｃｏｌ，ａｎｄ ｐｏｉｎｔｓ ｏｕｔ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｅｃｕｒｉｔｙ ｏｆ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｓｅｎｓｏｒ ｎｅｔｗｏｒｋ ｒｏｕｔｉｎｇ ｐｒｏｔｏｃｏｌ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｄｅｍａｎｄ ｐｒｏｍｐｔ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｔｏ ｂｅ ｓｏｌｖｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｆｕｔｕｒｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｓｅｎｓｏｒ ｎｅｔｗｏｒｋｓ；ｓｅｃｕｒｉｔｙ；ｒｏｕｔｉｎｇ ｐｒｏｔｏｃｏｌ；ｅｎｅｒｇｙ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ
无线传感器网络路由协议分类研究
第６期 ２００６年１２月 湖南人文科技学院学报 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｈｕｎａｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｈｕｍａｎｉｔｉｅｓ，Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇ） Ｎｏ．６ Ｄｅｃ．．２００６ 无线传感器网络路由协议分类研究 袁辉勇 （湖南人文科技学院计算机系，湖南娄底４１７０００） 摘要：简要地介绍了无线传感器网络不同于传统网络的特点，将现有传感器网络路由协议分为平面路由协议和分 层聚类协议两类，并对其中典型的路由协议进行了分析。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 重点。 关键词：传感器网络；路由协议；路由协议分类 中图分类号：ＴＰ３９３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７３—０７１２（２００６）ｏ６—００６５一ｏ４ Ｃａｔｅｇｏｒｉｚｅｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｔｏ Ｒｏｕｔｉｎｇ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ Ｏｎ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｓｅｎｓｏｒ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ ＹＵＡＮ Ｈｕｉ—ｙｏｎｇ ． （Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｈｕｎａｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ ｔｔｕｍａｎｉｔｉｅｓ，Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｌｏｕｄｉ，４１７０００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｎｅｔｗｏｒｋｓ ａｌ＇ｅ ｄｉｆｅｒｅｎｔ ｆｒｏｍ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｓｅｎｓｏｒ ｎｅｔｗｏｒｋｓ ａｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｂｒｉｅｆ－ ｌｙ．Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｒｅｃｅｎｔ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｒｅｓｕｌｔｓ ｌｌｎ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｓｅｎｓｏｒ ｎｅｔｗｏｒｋｓ．ｒｏｕｔｉｎｇ ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ ａｒｅ ｃａｔｅｇｏｒｉｚｅｄ ｉｎｔｏ ｔｗｏ ｔｙｐｅｓ ｏｆ ｐｌａｎｅ ａｎｄ ｍｕｈｉｌａｙｅｒ，ａｎｄ ｔｈｅｎ ｓｅｖｅｒａｌ ｔｙｐｉｃａｌ ｒｏｕｔｉｎｇ ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ ａｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅ ｆｕｔｕｒｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｉｓｓｕｅｓ ａｒｅ ｐｏｉｎｔｅｄ ｏｕｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｓｅｎｓｏｒ ｎｅｔｗｏｒｋ；ｒｏｕｔｉｎｇ ｐｒｏｔｏｃｏｌ；ｃａｔｅｇｏｒｙ ｏｆ ｒｏｕｔｉｎｇ ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ １ 无线传感器网络概述 无线传感器网络（ＷＳＮ）足由大量的密集部署在监控 域的智能传感器节点构成的一种网络应用系统 。传 感器网络除ｒ具有Ａｄ—ｈｏｃ网络的一般特性 ２ ，鱼ｌｌ无中心 白组织、多跳路由等，还具有本身的一些特点： １）每个传感器节点通常是带有有限的、不可更换的电 源。因此，与传统网络以提供高质量网络服务为主要口标 不同，ｗＳＮ协议必须以节约能源为主要口标，并在延长网 络存活时间和提高网络吞吐量、降低通信延迟问做出 选择。 ２）传感器网络【１】的传感器节点数量远大于Ａｄ—ｈｏｃ 网络中的节点数 传感器网络巾节点数量可达到几百、几 千，甚至更多，并且节点出现故障的频牢要大于Ａｄ—ｈｏｃ 网络，维护困难甚至不可维护。 ３）与传统网络以地址为ｑ１心的通信方式不同，无线传 感器网络中的每个传感器节点不需要全局唯一的地址。 ４）由于受能量限制、环境变化等因素的影响，网络的 拓扑结构相对于传统的无线自组网变化更频繁。 ５）传感器节点通信能力有限，其通信带宽窄而且经常 变化，通信覆盖范围只有几十到几百米。由于受到物理位 置和周围环境的影响，传感器之间的通信断接频繁，经常 导致通信失败。 针对这些特点，许多大学开展了传感器网络通信协议 的研究，提出了多种路由协议，主要有平面路由协议（如： Ｆｌｏｏｄｉｎｇ协议、ＳＰＩＮ协议、ＳＡＲ协议和ＤＤ协议）和分层聚 类协议（如：ＬＥＡＣＨ协议、ＰＥＧＡＧＩＳ协议、ＴＥＥＮ协议），如 图１所示。 ２平面路由协议 在平面路由协议中，逻辑视图是平面结构，节点的地 位是平等的。优点是不存在特殊节点，路由协议的鲁棒性 较好，通信流量平均分散在整个网络中；缺点是缺乏可扩 展性，限制了网络的规模。 ２，１ Ｆｌｏｏｄｉｎｇ协议 对于自组织的传感器网络，Ｆｌｏｏｄｉｎｇ（泛洪）协议是一 收稿日期：２００６—１０—１６． 作者简介：袁辉勇（１９６７一 ），男，系统分析师．湖南人文科技学院计算机系教师，从事无线传感嚣网络研究。
混合式无线传感器网络能量有效路由协议研究
！墨墨 Ｑ ： ！ ＣＮ ２２－１３２３／Ｎ 长春工程学院学报（自然科学版）２０１１年第１２卷第３期 Ｊ．Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ Ｉｎｓｔ．Ｔｅｃｈ．（Ｎａｔ．Ｓｃｉ．Ｅｄｉ．），２０１ｌ，Ｖｏ１．１２．Ｎｏ．３ ３０／３８ １０５－１０８
混合式无线传感器网络能量有效路由协议研究
张 扬 ，杨松涛 ，周 鹏。，张香芝。
（１．安徽中医学院医药信息工程学院，合肥２３００３８； ２．安徽中烟工业公司，合肥２３００８８；３．合肥工业大学计算机与信息学院，合肥２３０００９）
摘 要：针对ＬＥＡＣＨ和ＰＥＧＡＳＩＳ两个经典路由
协议在节点节能方面存在的不足，且只适用于小规
模无线传感器网络，提出一种可应用于大规模网路
中的混合式路由算法。该算法综合了ＬＥＡＣＨ和
ＰＥＧＡＳＩＳ路由协议，它先根据ＬＥＡＣＨ分簇，并选
举能量较多的节点充当簇头，属于同一簇内的节点
形成一个链，簇内节点只和邻居节点通信，从而减少
了簇内的能量消耗，簇头采用基于距离能量（Ｉ）－Ｅ）
有效地多跳方式到达基站的方法。仿真表明，相比
较ＬＥＡＣＨ和ＰＥＧＡＳＩＳ路由算法，提出的新路由
协议延长了网络的生存周期。
关键词：ＬＥＡＣＨ；ＰＥＧＡＳＩＳ；混合路由协议；距离能
量；多跳’
中图分类号：ＴＰ３９３ 文献标志码：Ａ
文章编号：１００９－８９８４（２０１１）０３－０１０５－０４
０ 引言
无线传感器网络是由数以百万个散布在一个特
定区域内价格低廉的微型传感器节点通过无线通信
方式形成的自组织网路，能够实时感知、采集、处理
区域内的各种信息并发送给终端用户，在军事、环
境、医疗、家庭等领域有广阔的应用前景。由于传感
器节点靠电池驱动，一般应用于无人值守的区域，一
旦投放，就很难再补充能量。因此，如何有效地降低
能耗，最大限度地延长网络的生存时间就成为目前
无线传感器网络研究的热点问题之一。
为了降低能耗和延长传感器网络的生命周期，
研究人员先后提出了２个经典的协议：一是基于簇
一种无线传感器网络路由协议的研究与仿真
第３２卷第１期 青岛科技大学学报（自然科学版） Ｖｏ１．３２ Ｎｏ．１ ２０１ １年２月 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｑｉｎｇｄａｏ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ） Ｆｅｂ．２０１ １
文章编号：１６７２—６９８７（２０１１）０１—００９５—０５
一种无线传感器网络路由协议的研究与仿真
于飞。郭静。胡继珍
（青岛科技大学自动化与电子工程学院，山东青岛２６６０４２）
摘 要：无线传感器网络能够实时的监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息，其关
键技术之一就是路由算法及实现。本研究提出一种改进的定向扩散路由算法，通过分析
兴趣扩散的深度、邻居节点的梯度及接收信息的效率，选取最优的节点用以建立数据传输
路径。并在网络仿真工具ＯＭＮＥＴ＋＋环境下实现了对该协议的仿真，仿真表明该协议
具有很好的性能，能大大缩短路由建立的时间，提高数据传输的速度。
关键词：无线传感器网络；定向扩散；路由协议；ＯＭＮＥＴ＋＋仿真
中图分类号：ＴＰ ３９３；ＴＰ ３９１．７ 文献标志码：Ａ
Ｓｔｕｄｙ ａｎｄ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ａ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｓｅｎｓｏｒ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ Ｒｏｕｔｉｎｇ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ
ＹＵ Ｆｅｉ，ＧＵＯ Ｊｉｎｇ，ＨＵ Ｊｉ—ｚｈｅｎ
（Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｑｉｎｇｄａｏ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｑｉｎｇｄａｏ ２６６０４２，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｓｅｎｓｏｒ ｎｅｔｗｏｒｋ（ＷＳＮ）ｃａｎ ｂｅ ｅｍｐｌｏｙｅｄ ｆｏｒ ｔｅｓｔｉｎｇ，ｓｅｎｓｉｎｇ，ｃｏｌｌｅｃ—
ｔｉｎｇ ａｎｄ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｏｎｉｔｏｒｅｄ ｏｂｊ ｅｃｔｓ，ａｎｄ ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｋｅｙ ｔｅｃｈ—
无线传感器网络安全路由协议的研究
第２１卷第７期 ２００８年７月 传感技术学报 ＣＨＩＮＥＳＥ ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＳＥＮＳＯＲＳ ＡＮＤ ＡＣＴＵＡＴＯＲＳ Ｖ０１．２１ Ｎｏ．７ Ｊｕ１．２００８
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｓｅｃｕｒｅ Ｒｏｕｔｉｎｇ Ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ ｉｎ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｓｅｎｓｏｒ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ
ＷＵ Ｄｉ，ＨＵＧａｎｇ ，Ｎ Ｇａｎｇ，ＬＩ Ｗｅｉ，ＺＨＡＮＧ Ｚｈｕｏ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ ａｎｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｏｈａｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｚｈｏｕ Ｊｉａｎｇｓｕ ２１３０２２，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｔ ｐｒｅｓｅｎｔ，ｍｏｓｔ ｒｏｕｔｉｎｇ ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ ｉｎ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｓｅｎｓｏｒ ｎｅｔｗｏｒｋｓ ｔａｋｅ ｔｈｅ ｓｕｒｖｉｖａｌ ｔｉｍｅ ｏｆ ｎｅｔｗｏｒｋ
ａｓ ｔｈｅｉｒ ｄｅｓｉｇｎ ｔａｒｇｅｔ，ａｎｄ ｄｏｎ’ｔ ｔａｋｅ ｓｅｃｕｒｉｔｙ ｉｎｔｏ ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ａｎａｌｙｚｅｓ ｓｅｖｅｒａｌ ｃｌａｓｓｅｓ ｏｆ ａｔ—
ｔａｃｋｓ ａｇａｉｎｓｔ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｓｅｎｓｏｒ ｎｅｔｗｏｒｋｓ，ｍａｋｅｓ ａ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｔｈｅ ｓｅｃｕｒｉｔｙ ｏｆ ＬＥＡＣＨ ａｎｄ ｐｒｏｐｏｓｅｓ ａｎ ｉｍ— ｐｒｏｖｅｄ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ－－Ｓｅｃｕｒｅ ＬＥＡＣＨ（ＬＥＡＣＨ—Ｓ１）．Ｔｈｅ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｃａｎ ｎｏｔ ｏｎｌｙ ａｖｏｉｄ ｔｈｅ ａｔｔａｃｋｓ ｏｆ
ａｄｖｅｒｓａｒｙ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ，ｅｎｓｕｒｅ ｔｈｅ ｒｏｕｔｉｎｇ ｓｅｃｕｒｉｔｙ，ｂｕｔ ａｌｓｏ ｂａｌａｎｃｅ ｔｈｅ ｐｏｗｅｒ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｏｖｅｒ ａｌｌ ｎｏｄｅｓ ，ｐｒｏｌｏｎｇ ｔｈｅ ｌｉｆｅｔｉｍｅ ｏｆ ｔｈｅ ｎｅｔｗｏｒｋ ｖｉａ ｕｓｉｎｇ ｔｒｉｐａｒｔｉｔｅ ｓｅｃｕｒｉｔｙ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ，ｎｏｄｅ ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
对几种重要的无线传感器网络路由协议的比较
对几种重要的无线传感器网络路由协议的比较
【摘 要】基于无线传感器网络的体系结构，本文针对当前几种主要的传感器网络协议展开研究。本文我们重点研究了路由协议的能量高效性、可扩展性、鲁棒性和快速收敛性等几个方面的特性，结合各自协议的特点研究了几种协议在这些特性的表现上的差异。最后，我们给出了比较的结果，以及对结果的分析。
【关键词】无线传感器网络；路由协议；比较
0 引言
无线传感器网络（wireless sensor network， WSN）是由部署在检测区域内的大量廉价微型传感器节点，形成一个多跳的自组织网络系统，使在小体积内集成信息采集、数据处理和无线通信等功能，实现协作感知、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。WSN 能够广泛应用于军事、环境检测和预报、健康护理、智能家居、建筑物状态监控、复杂机械监控、城市交通、空间探索、大型车间和仓库管理、以及机场、大型工业园区的安全检测和其他商业等，且将逐渐深入到人类生活的各个领域。20世纪90年代提出的“普适计算”[1-2]，揭开了无线网络的序幕，21世纪里，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，使无线网络从畅想逐步走向现实。无线网络引起了学术届、军界和工业界的极大关注，美国和欧洲相继启动了许多关于无线传感器网络的研究计划，特别是美国通过国家自然基金委、国防部等多种渠道投入巨资支持传感器网络技术的研究，进而使无线传感器网络成为目前研究热点[4-5]。
1 无线传感器网络的组成
WSN通常由数据获取节点、数据分布网络和信息处理中心三部分组成的。其主要组成部分是集成有传感器、数据处理单元和通信模块的传感器节点，各节点通过协议自组成一个分布式网络，再将采集来的数据通过优化后经无线电波传输给信息处理中心，如图1所示。
传感器节点是一个具有信息收集和处理能力的微系统，集成了传感器模块、信息处理模块、无线通讯模块和能量供应模块[3]。