無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的研究與改進(jìn).doc

《無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的研究與改進(jìn).doc》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的研究與改進(jìn)1引言　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)WSN（WirelessSensorNetwork）是傳感器、通信和計(jì)算機(jī)3種技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，難于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)將邏輯信息世界與客觀物理世界融合在一起，改變了人類與自然界的交互方式，因而具有廣泛的應(yīng)用前景。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有很多不同于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，如能量嚴(yán)重受限、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)頻繁變化等。因此，WSN網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的設(shè)計(jì)同現(xiàn)有各種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的設(shè)計(jì)大不同，因而面臨著各種新的挑戰(zhàn)。在協(xié)議棧的眾多協(xié)議中，網(wǎng)絡(luò)層路由協(xié)議算法作為一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)已成為目前研究的熱點(diǎn)。　　　　2無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議　　由于WSN路由協(xié)議分類標(biāo)準(zhǔn)

2、有很多，因此路由協(xié)議的分類方法也多種多樣。根據(jù)路由協(xié)議不同的工作原理將路由協(xié)議劃分為兩種類型，并分析每種類型的典型路由協(xié)議?！　?．1平面路由　　平面路由認(rèn)為傳感器網(wǎng)絡(luò)中的各節(jié)點(diǎn)具有相同的功能和平等的角色，節(jié)點(diǎn)或?qū)⒆约旱氖录z測結(jié)果主動(dòng)報(bào)告給其他節(jié)點(diǎn)，或者是其他節(jié)點(diǎn)向檢測事件的節(jié)點(diǎn)發(fā)出查詢信息，數(shù)據(jù)傳輸通過多節(jié)點(diǎn)的多跳路由協(xié)作轉(zhuǎn)發(fā)完成。信息協(xié)商傳感器SPIN（SensorProtocolsforInformaTIonviaNegoTIaTIon）是平面路由中第一個(gè)以數(shù)據(jù)為中心的算法，通過節(jié)點(diǎn)問的協(xié)商機(jī)制減少數(shù)據(jù)冗余和能量損耗。SPIN是一種基于協(xié)商機(jī)制的以數(shù)據(jù)為中

3、心的路由算法，SPIN先對節(jié)點(diǎn)收到的數(shù)據(jù)的特點(diǎn)進(jìn)行高層次的抽象，形成描述節(jié)點(diǎn)收到數(shù)據(jù)特點(diǎn)的元數(shù)據(jù)（meta-data）。在轉(zhuǎn)發(fā)收到的數(shù)據(jù)前，節(jié)點(diǎn)A先用元數(shù)據(jù)與相鄰節(jié)點(diǎn)B進(jìn)行協(xié)商，發(fā)送ADV信號判斷節(jié)點(diǎn)B是否需要該數(shù)據(jù)（圖la）。如果節(jié)點(diǎn)B對元數(shù)據(jù)代表的數(shù)據(jù)有需求，就發(fā)出反饋信號REO（圖lb）。否則就丟棄該ADV信號，然后節(jié)點(diǎn)A就將數(shù)據(jù)DATA轉(zhuǎn)發(fā)給節(jié)點(diǎn)B（圖lc）。節(jié)點(diǎn)B收到從節(jié)點(diǎn)A轉(zhuǎn)發(fā)來的數(shù)據(jù)后，采用與節(jié)點(diǎn)A相同的處理方法。先用元數(shù)據(jù)與其相連的所有節(jié)點(diǎn)協(xié)商是否需要該數(shù)據(jù)，發(fā)送ADV信號（圖1d）。如果節(jié)點(diǎn)有需求則回復(fù)REQ信號，無需求則直接將ADV信號丟棄（圖

4、1e），然后節(jié)點(diǎn)B將向所有回復(fù)REQ信號的節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)DATA（圖1f）?！　　　PIN算法并沒有明確定義元數(shù)據(jù)的格式。其具體格式和應(yīng)用相關(guān)，如ADV和REQ的格式可根據(jù)具體應(yīng)用做詳細(xì)規(guī)定。另外，當(dāng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)只需在局部范圍內(nèi)維護(hù)與其相鄰的節(jié)點(diǎn)狀態(tài)，不需全網(wǎng)廣播，既節(jié)省能量又降低對節(jié)點(diǎn)運(yùn)算能力的要求，這種SPIN稱為SPIN-1。但SPIN-1不能保證遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的正確遞送，如遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)需要數(shù)據(jù)而與源節(jié)點(diǎn)相鄰的近端節(jié)點(diǎn)則不需要，在轉(zhuǎn)發(fā)的開始就將代表該數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù)丟棄，不做REQ回復(fù)，造成數(shù)據(jù)遞送失敗。為了解決這一問題，在SPIN-2在SPIN-1的基礎(chǔ)

5、上加入了能量門限機(jī)制。在遞送數(shù)據(jù)前先檢測相鄰節(jié)點(diǎn)的能量，如果能量值低于某一個(gè)門限值，則認(rèn)為該節(jié)點(diǎn)沒有足夠能力完成遠(yuǎn)程遞送任務(wù)，將該數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給其他有足夠能量的相鄰節(jié)點(diǎn)。除此之外，針對不同的應(yīng)用情況，SPIN的其他擴(kuò)展協(xié)議，如SPIN-BC和SPIN-RL針對傳感器網(wǎng)絡(luò)這種多播網(wǎng)絡(luò)、SPIN-PP和SPIN-EC針對傳統(tǒng)的點(diǎn)對點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)都做出專門優(yōu)化?！　?．2層次路由　　層次路由（也稱為以分簇為基礎(chǔ)的路由）是最早產(chǎn)生并應(yīng)用于有線網(wǎng)絡(luò)的，滿足大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)的高效通信。因此層次路由的概念也被引入到WSN中，用于滿足傳感器節(jié)點(diǎn)的低能耗和高效率通信。在層次路由中，高能量節(jié)點(diǎn)可用于數(shù)

6、據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)融合、遠(yuǎn)程通信和全局路由維護(hù)等高耗能應(yīng)用場合；低能量節(jié)點(diǎn)用于事件檢測、目標(biāo)定位和局部路由維護(hù)等低耗能應(yīng)用場合。這樣，將不同的應(yīng)用按照節(jié)點(diǎn)不同的能力合理分配，使節(jié)點(diǎn)能充分發(fā)揮各自優(yōu)勢，以應(yīng)付大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)情況，并有效提高整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的生存時(shí)間。層次路由主要包括兩個(gè)層次的路由：一是用于選擇簇頭節(jié)點(diǎn)，二是用于路由選擇。LEACH（low-energyadapTIveclusteringhierarchy）是一個(gè)提出較早的基于分簇思想的WSN層次路由算法。與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)固定網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)能量較充足相比，WSN中的節(jié)點(diǎn)能量有限，故不能用同定簇頭節(jié)點(diǎn)作為網(wǎng)關(guān)。LEACH從

7、WSN中隨機(jī)選擇少數(shù)節(jié)點(diǎn)作簇頭，考慮到網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)能耗的平衡性，讓其他沒有做過簇頭的節(jié)點(diǎn)輪流作為簇頭，使網(wǎng)絡(luò)不會(huì)因少數(shù)節(jié)點(diǎn)先耗盡能量造成網(wǎng)絡(luò)癱瘓?！　EACH算法分簇頭建立和穩(wěn)定狀態(tài)兩階段，前者是LEACH算法實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵，后者是數(shù)據(jù)傳輸?shù)谋ＷC。在簇頭建立階段，節(jié)點(diǎn)隨機(jī)選擇一個(gè)數(shù)值r（O　　　　LEACH的分簇機(jī)制可降低網(wǎng)絡(luò)的整體能耗，延長網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間；在簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)間采用TDMA編碼，在簇頭與基站間采用CDMA編碼，保證信息有效傳輸；數(shù)據(jù)采集和簇頭節(jié)點(diǎn)都是周期性的，網(wǎng)絡(luò)適合監(jiān)測連續(xù)變化事件?！　?結(jié)束語　　闡述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)層，以路由算法作為研究主線，深入分析

8、WSN的兩