無線傳感器網(wǎng)絡分簇路由協(xié)議研究.doc

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1、無線傳感器網(wǎng)絡分簇路由協(xié)議研究摘要介紹了無線傳感器網(wǎng)絡分簇路由協(xié)議的相關(guān)技術(shù)及其優(yōu)點，總結(jié)了近年來提出的各種分簇協(xié)議及主要設計思想?首先介紹了無線傳感器網(wǎng)絡分簇協(xié)議的相關(guān)技術(shù)及優(yōu)點；然后介紹了近幾年代表性的分簇路由算法研究工作，并口對其涉及的主要方法進行分類分析；最后進行了各種分簇路由協(xié)議的綜合比較，并指出了無線傳感器網(wǎng)絡分簇路由協(xié)議面臨的問題和挑戰(zhàn)以及今后的發(fā)展方向。關(guān)鍵詞無線傳感器網(wǎng)絡分簇算法路由協(xié)議無線傳感器網(wǎng)絡（WSN）是一種無線自組織網(wǎng)絡，它包含成百上千的傳感器節(jié)點，每一個節(jié)點有感知環(huán)境、執(zhí)行簡單的計算與其他臨近節(jié)點或慕站（asest

2、ation,簡稱BS）直接通信的能力，能在事先沒有構(gòu)建網(wǎng)絡基礎(chǔ)設施的環(huán)境下，由傳感器節(jié)點臨時組成的一種自組織、自管理的網(wǎng)絡[1,2]o路由是指從源節(jié)點選擇一條節(jié)能、距離短的路徑到目的節(jié)點，在形式上，可以將無線傳感器網(wǎng)絡看做無向圖，從源節(jié)點到冃的節(jié)點選擇一條最短的路徑是一個復雜組合問題（即7P完全問題）[3],這其中要考慮很多因素，諸如：能量消耗、數(shù)據(jù)包傳輸時延、能量有效性。由丁?傳感器節(jié)點的電源能量、計算能力和通信能力都非常有限，所以節(jié)能路由協(xié)議的設計,對無線傳感器網(wǎng)絡來說極其重要。近來，科學界對無線傳感器網(wǎng)路分簇協(xié)議[4]進行了深入的研究，分

3、簇網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)由于具有良好的網(wǎng)絡擴展性，便于能量管理、平衡負載、資源分配籌，成為冃前國內(nèi)外延長WSN生命周期、降低每一個節(jié)點的能耗的主要方法Z—。1分簇算法相關(guān)的技術(shù)1.1定位技術(shù)位置信息是傳感器網(wǎng)絡節(jié)點采集數(shù)據(jù)中不可缺少的部分，沒有位置的監(jiān)測信息通常是毫無意義的，因此定位技術(shù)對于要求有精確位置信息的無線傳感器網(wǎng)絡分簇協(xié)議來說具有重要的意義。根據(jù)定位過程中是否測量節(jié)點間的距離和角度，把無線傳感器網(wǎng)絡中的定位技術(shù)分為基于距離的定位技術(shù)和距離無關(guān)的定位技術(shù)。1.1.1基于距離的定位技術(shù)基于距離的定位機制是通過測量相鄰節(jié)點間的實際距離或方位來確定位置節(jié)點

4、的位置，通常采用測距、定位和修正等步驟實現(xiàn)?；诰嚯x的定位機制分為基于T0A［5］的定位、基于TDOA［1］的定位、基于A0A［6］的定位和基于RSSIE7］的定位等。1.1.2距離無關(guān)的定位技術(shù)距離無關(guān)的定位機制無須實際測量節(jié)點間的絕對距離或方位就能夠確定未知節(jié)點的位置，目前提出的定位機制主要有質(zhì)心算法［1］、DV-Hop［8］算法、Amorphous［9］算法和APTT［1O］算法等。1.2同步技術(shù)時間同步是需要協(xié)同工作的傳感器網(wǎng)絡分簇協(xié)議的一個關(guān)鍵機制。目前己提出了多個時間同步機制，其中RBS、TTNY/MTNT-SYNC和TPSN被認為

5、是三個基本的同步機制。（1）RBS機制［11,12］是基于接收者-接收者的時鐘同步:一個節(jié)點廣播時鐘參考分組，廣播域內(nèi)的兩個節(jié)點分別采用本地時鐘記錄參考分組的到達時間，通過交換記錄時間來實現(xiàn)他們之間的時鐘同步。（2）TINY/MINI-SYNC是簡單的輕量級的同步機制［1］：假設節(jié)點的時鐘漂移遵循線性變化，那么兩個節(jié)點之間的時間偏移也是線性的，可通過交換時標分組來估計兩個節(jié)點間的最優(yōu)匹配偏移量。（3）TPSNE13,14］采用層次結(jié)構(gòu)實現(xiàn)整個網(wǎng)絡節(jié)點的時間同步：所有節(jié)點按照層次結(jié)構(gòu)進行邏輯分級，通過基于發(fā)送者——接收者的節(jié)點對方式，每個節(jié)點能夠

6、與上一級的某個節(jié)點進行同步，從而實現(xiàn)所有節(jié)點都與根節(jié)點的時間同步。1.3數(shù)據(jù)融合技術(shù)數(shù)據(jù)融合技術(shù)［15］是指從各個傳感器節(jié)點收集數(shù)據(jù)的過程中，可利用節(jié)點的木地計算和存儲能力處理數(shù)據(jù)的融合，去除兀余信息。目前數(shù)據(jù)融合技術(shù)已經(jīng)在目標跟蹤、目標自動識別等領(lǐng)域得到了廣泛的應用。在無線傳感器分簇網(wǎng)絡的設計中，只有面向應用需求設計具有針對性的數(shù)據(jù)融合方法，才能最大限度地獲益。2基于分簇的傳感器路由協(xié)議的優(yōu)點與傳統(tǒng)的無線傳感器網(wǎng)絡路由協(xié)議相比，基于分簇的無線傳感器路由協(xié)議優(yōu)點有［16,17］：（1）自適應性：通過簇頭節(jié)點的周期性輪換以及簇成員的加入或者退出來

7、實現(xiàn)持續(xù)的監(jiān)測和數(shù)據(jù)采集。（2）節(jié)能性：由于慕站遠離網(wǎng)絡，節(jié)點與基站的通信是能耗最高的操作，對網(wǎng)絡進行分簇后，簇頭負責將整個簇的數(shù)據(jù)發(fā)送到基站，減少了與基站通信的節(jié)點數(shù)，大大降低了網(wǎng)絡能耗。（3）消除數(shù)據(jù)冗余:WSN中存在著大量的數(shù)據(jù)兀余，簇頭在將本簇的數(shù)據(jù)發(fā)送到基站之前可進行數(shù)據(jù)融合和壓縮操作以消除冗余，進一步減少與慕站的通信量。（4）魯棒性:節(jié)點通過一種自組織的方式當選為簇首，收集當前簇內(nèi)信息并在融合后轉(zhuǎn)發(fā)給基站，把網(wǎng)絡的負載均勻的分布在整個網(wǎng)絡屮，大大降低了通信過程中的能量消耗，也增強了網(wǎng)絡的健壯性。（5）局部/全局優(yōu)化：與其他路由協(xié)議相

8、比，分簇算法不僅能夠?qū)植啃畔⑦M行融合優(yōu)化，而口還能夠?qū)θ中畔⑦M行優(yōu)化。（6）可擴展性：分簇算法容易與其他路由算法相結(jié)合，從而提高路由算法的性能。3