1、毕 业 设 计 外 文 资 料 翻 译学 院： 信息科学与工程学院 专 业： 计算机科学与技术 姓 名： xxx 学 号： xxx 外文出处：Zhongyu Cao .A Routing Protocol for Large-scale Wireless Sensor Networks. 2010 Second International Workshop on Education Technology Computer Science p117120 附 件： 1.外文资料翻译译文；2.外文原文。 (用外文写)指导教师评语：签名： 年 月 日附件 1：外文资料翻译译文一种大规模无线传感器路由
2、协议网络曹中玉 华东计算机所 C张伟 华东计算机所 C卢刚 华东计算机所 China 抽象路由是无线传感器网络的关键技术。为了提高大规模无线传感器网络的路由效率，我们建议使用广播电视协议,一种无线传感器网络路由本文。在广播电视协议中，节点汇总数据并且使用最短路由选择，来实现数据包沿最佳路径传送，每个普通节点没有必要维持一个路由表，而发送节点来代替维护。我们的模拟结果表明，广播电视协议在应用于大规模网络和当网络负载不平衡时节省资源方面是十分实用的。一、简介未来的无线网络将会由一种密集部署且数目庞大传感器节点组成，其中这种网络的一个关键特点是他们是自动更新，因此这些网络设计的一个重要目的是提高网络
3、效率。此外，无线传感器网络可通过优化应用程序和操作系统的通信协议来提高寿命， 1，2。这项工作的重点是无线传感器网络协议。为了降低路由负担，提高路由在大规模无线网络的性能，我们建议使用一种叫做广播电视协议的无线网络通信协议。在广播电视协议，路由通过查询路由表转发数据包，普通路由节点通过最佳路径传送数据。这种方法充分的使用了其强大的计算、记忆、存储功能，可节省路由资源并避免维护普通节点的路由表。这种协议一般适用于大规模无线传感器网络。本文的其余部分组织如下：第二节我们简要讨论相关工作；第三节中我们解释广播电视协议的细节；第四节介绍我们的实验结果；第五节提出我们的结论。二、相关工作A 传统路由协议
4、的研究在小规模的无线网络，一个有路由表的路由就可以有正常工作，因为节点可以通过最佳路径来减小延迟，短路径的数据包传送并不需要强大的计算能力和大的储存，而且消耗的路由资源较少。但是，当路由表应用在大规模无线网络中，它是完全不同的。维护和更新大型路由表将严重增加的网络负载，消耗大量的路由资源。辅助定位路由协议4，5没有大规模无线网络的路由表，但他们带来的另一个问题是增加了成本。这种协议规定每个网络节点应该有相应的硬件，比如全球定位系统装置或测量路由距离的装置等。另外传感器节点应该具备强大的计算能力，内存和资源的支持，因此每个单个节点的成本必然增加，在大规模网络中我们不能忽视这个问题。B 相关分析通
5、过对这些典型路由协议的分析，我们专注于大规模无线传感器网络的路由算法。为了降低整个网络的成本，我们不建议使用定位模块，而是使用广播电视协议。在广播电视协议中，公共节点维护一个路由表从而避免每个节点都维护各自的路由表，公共节点可以连接普通节点和路由表。每个普通节点记录它的下一跳路由距离，选择其最佳路由到邻居节点。三 、发送节点路由的路由协议在本节中，我们将介绍接收器路由器的路由协议的细节。首先，我们提出这项工作的假设： 所有的无线传感器网络节点按照位置和功能可分为总节点和普通节点。 常见的路由节点只有有限资源、计算能力和存储空间，他们可以通过无线网络相互通信。 接收器是一个像有电源基站的特殊节点
6、，发送节点具有强大的计算能力和存储空间，它可以提高工作效率和迅速。 所有应用程序数据包在双向传输线路上单向传送：从总节点到一个普通的节点（命令数据包） ，并从一个普通的节点到总节点（答复数据包） 。广播电视协议操作分为设置和稳定状态两个阶段。在设置阶段每个普通节点选择其最佳邻居建立路由表。在相对稳态状态数据传输考虑信息聚集和节省资源意识。详细设计如下：A 邻居节点的发现和邻居节点的选择优化每个节点记录其到邻居节点的跳数。在设置过程中，每个普通节点将记录他到邻居节点的跳数（-1 代表他们没有初始化） ，接收节点至它的初始值为 0，接收广播的邻居节点数据包，测量他的邻居节点的距离。当一个普通节点收
7、到邻居节点的数据包，它会检查邻居节点的路由表。如果测距加 1 小于接收器的目的路由，把发送节点的跳数增加 1，并设置发送节点为最佳邻居，然后发送广播把更新的路由表发给邻居节点。如果不是，接收器忽略此数据包。在这种路由信息协议中，在理论上每个节点只有一次广播，因为最短的路径是早期的数据包到达，那么第一个节点接收具有最短路径，但考虑到通过发送、传递和处理通道所造成的延误冲突则不再如此。为了确保每节点只会收到一个较小的数据包并且只改变较少的路由表项从而使网络中的流量减少，所以当一个节点收到数据包后会等一会而不是马上发送它的路由表给邻居节点，达到减少数据包的目的11，这种方法证明了一个适当的等待值是有
8、效。当所有的普通节点和初始节点路由表目录中的路径都是最佳路径，他们可以把自己的包传送给最佳邻居，邻居同样这么做，数据包将最终到达接收器，因此报文转发沿最佳路径。B 汇路由表的编制通过建立最佳路径来更新普通节点。当每个普通节点选择或改变其最佳的邻居节点，它会提交报告报文，通知邻居的最有路径。表 1 显示的 SRT 格式。表一，更新的路由表节点 ID 优化邻居A BB CC 下一跳下一跳路由表应是最短路径，以方便查询接收节点可以连接到任何的节点只要广播电视协议已经建立。例如，考虑案件表1，如果需要接收的数据包发送查询到节点 A，那么它得到的最短路径和查询路径数据包可以沿着反向路径发送，因此这是一个
9、最佳路径。C 数据聚合和节能意识在路由数据包的过程，为了提高路由性能和延长网络寿命，使用广播电视协议的数据聚合战略，以减少网络负载和资源的消费，另外就是避免一些节点过早的死亡。1) 数据汇总：在一般情况下，在稳定状态主要有两种在无线传感器网络的冗余负载种。为了减少负荷，提高了稳定性能，广播电视协议是建议如下：A）过程的原始数据：原始数据是数据项源收集了没有受到处理或其他操作，并且它也被称为主要数据。为了减少冗余负载，我们建议应处理原始数据在发送前。b）积累了重叠的数据：中间节点数据收集传感器最优路径应重叠从更远的节点。为避免重复起见负载，每个中间节点接收到的数据汇总在一个短暂时间 t0，然后汇
10、总数据传送到其最佳邻居9。因此对网络性能会显着增加。2) 资源的意识：没有节能意识的广播电视协议始终沿着最短路径转发数据包，然后临界指数的位置在节点将无法迅速因缺乏能量6，9。图。 1 显示了如何认识能源战略工程：通常，节点（甲，乙，丙，丁，戊，F）集的红色节点最佳的邻居，他们忙于处理节点和转发数据包。为了平衡网络负载，广播电视协议用更少的能源增加节点中的价值。知道中的能源是如下：=+*（1-%） （1）作为能源与 知道测距， 作为正常测距， 作为 作为能源的转储直径网络和%节点。在图 1，一开始，每个节点能量已满（100） ，在 dist 是实际的距离（跳）下沉，然后六个节点上（甲，乙，丙，
11、丁，戊，f）所有提出自己包以红节点的测距是1（= 1+ 1 /100 -1） 。随着网络的运行，红色的能量消耗比别人快。当红色消耗的一半以上能源，其测距将大于 2（=1 +1 / 50 - 1） ，然后一些节点（节点 F）将另一节点的选择最佳邻居（蓝色节点） ，其测距等于 2（= 2 +1 / 100 - 1） 。在这种情况下，网络寿命和能源消耗是平衡的，它实现能源整个网络的效率显着。图 1 意识到能源战略的范例如果一个普通节点广播一条只要它钕包改变其测距，该网络将受到广播风暴，因为一个测距变化将导致更多的变化。在为了避免广播风暴，我们建议，共同节点不能启动，直到广播接收器节点启动邻居发现期间
12、的每一次 TND 指定的时间。四、模拟与分析广播电视协议是旨在改善大规模无线传感器网络的效率。我们的措施是提高网络性能、增加路由表的寿命和节省网络资源的意识。在本节中，我们将从模拟实验中分析结果。我们的研究目的是随着网络规模增大，我们如何知道网络性能变化，所以我们的实验由两部分组成：A 大型网络的路由性能在这一部分，我们模拟在四个大小不同的广播电视协议网络。在我们的模拟场景中，节点均匀地分布在网络的中心地区，两个相邻节点彼此之间的距离小于无线链路的最大距离，节点只保留他们直接相邻的邻居。我们措施主要是每个不同规模网络的报文数和每个普通节点用于在设置阶段转发数据包的平均次数。其结果是如图 2 和
13、图.3 所示。图 2 包数设置不同的网络规模阶段发送图 2 是节点在设置阶段发送的数据包的数量，揭示了一个与网络规模和数据包呈线性正相关。在设置阶段，节点有两种类型的数据包发送。少量的数据包交流有利于适应大型无线传感器网络。从图.3，我们可以看到，网络增加负载非常有限，因为网络规模的增长，而上升的趋势是减少。图 3 每个节点转发数据包中设置阶段平均次数B. 在方案中发送节点的路由表很快就改变了，这是因为要更多的报文转发和资源的消耗。为了测试与能源意识的广播电视协议的资源消耗能力，我们设置一个能量领域。其实，热区集中在一平方一个与图网络角落。图 4 拓扑结构的网络：接收器是在中心和热区集中在一个
14、角落里我们设置 120 个普通节点和汇聚节点 1 实验和汇节点只发送数据包发送到查询在热点地区的节点，然后节点接收的数据包查询将发送回复发送节点。其他节点不接收查询包不包。我们测量的数据包数量有当被送到每个节点的首八个月死亡。图 5 显示具有节能意识和比较的广播电视协议。在图 5 的比较说明该路由转发效率显着优化能源意识。此外，在我们的模拟，当一个节点中继分组的 10 倍，将新发布的更新路由表通知邻居节点，从而可以根据特定的应用程序设置参数来控制消息包。图 5 广播电视之间的比较节能意识，纯洁的 SRT五、结论出于未来传感器网络应用的问题,我们研究了在大规模无线传感器网络的路由算法法。无线网络
15、使用该路由协议可以更新路由表，对于每个路由节点都有能节省资源的消耗。这个策略尝试降低网络负载和平衡能量消耗,从而改善路由性能并为其增加网络的生命周期。仿真结果表明,对于路由节点分布不均匀、最短路径协议适应性强,能够延长网络的生命周期。参考文献1 Ian F. Akyildiz, Weilian Su, Yogesh Sankarasubramaniam, and ErdalCayirci, “A Survey on Sensor Networks,” IEEE CommunicationsMagazine, vol. 40, pp. 102-114, Aug 2002.2 Kemal Akka
16、ya and Mohamed Younis, “A Survey on Routing Protocolsfor Wireless Sensor Networks,” Ad hoc Network, vol. 3, No. 3, pp. 325-349, May 2005.3 David B. Johnson and David A. Maltz, “Dynamic Souce Routing in AdHoc Wireless Networks,” in Mobile Computing, edited by TomaszImielinski and Hank Korth, Chapter
17、5, Kluwer Academic Publishers,pages 153-181, 1996.4 Yan Yu, Ramesh Govindan, and Deborah Estrin, “Geographical andEnergy Aware Routing: a recursive data dissemination protocol forwireless sensor networks,” In Seventh Annual ACM/IEEE InternationalConference on Mobile Computing and Networking (MobiCom
18、 00),Aug 2000.5 Brad Karp and H. T. Kung, “GPSR: Greedy Perimter Stateless Routingfor Wireless Networks,” Proceedings of the sixth ACM InternationalConference on Mobile Computing and Networking, Boston,Massachusetts, pp. 243-254, July 2000.6 M. J. Handy, M Haase, and D. Timmermann, “Low Energy Adapt
19、iveClustering Hierarchy with Deterministic Cluster-Head Seletion,” FourthIEEE Conference on Mobile and Wireless Communications Networks,Stockholm, erschienen in Proceedings, IEEE Computer Society, pp.129-136, 2002.7 James Newsome and Dawn Song, “GEM: Graph Embedding forRouting and Data-Centric Stora
20、ge in Sensor Networks WithoutGeographic Information,” Proceedings of the First internationalconference on Embedded networked sensor system, Los Angeles,California, USA, November 05-07, 2003.8 Qiangfeng J. and Manivannan D. “Routing Protocols for SensorNetworks,” The First Consumer Communications and
21、 NetworkingConference, IEEE, pp. 93-98, January 2004.9 Lindsey S and Raghavendra CS, “PEGASIS: Power-Efficient Gatheringin Sensor Information Systems,” Proceedings of the IEEE AerospaceConference, Montana: IEEE Aerospace and Electronic Systems Society,pp. 1125-1130, 2002.10 Shah R C and Rabaey J, “E
22、nergy Aware Routing for Low Energy AdHoc Sensor Networks,” Proceedings of the IEEE WirelessCommunications and Networking Conference (WCNC), Orlando, IEEECommunications Society, pp. 350-355, March 2002.11 Zuchang Ma and Yining Sun, “Research on Routing Protocol of a LargeWireless Sensor Network (in C
23、hinese),” Computer Engineering andApplication, pp. 165-168, November 2004.附件 2：外文原文A Routing Protocol for Large-scale Wireless Sensor NetworksZhong Yu Cao Dept. of Computer Science routing protocol; Sink Routing Table; optimal path; aggregate data; energy awareI.I. INTRODUCTIONFuture wireless sensor
24、 networks (WSN) will be composed of a large number of densely deployed sensor nodes, and a key feature of such networks is that their nodes are unattended and powered by batteries. Therefore, energy efficiency is an important design consideration for these networks. Moreover, a higher lifetime of WS
25、N can be accomplished through optimized applications, operating systems, and communication protocols 1, 2. This work focuses on a communication protocol for WSN.In order to reduce energy consumption and improve routing performance in large-scale WSN, we propose Sink Routing Table (SRT) routing proto
26、col, a communication protocol for WSN in this paper. In SRT protocol, sink uses a routing table to forward query packets to common nodes and common nodes route data messages through the optimal neighbor to the sink. This approach makes use of the powerful computation, memory, storage, and replenisha
27、ble energy resource of the sink and avoids maintaining routing tables in common nodes. Our protocol is generally applicable to large-scale WSN.The rest of the paper is organized as follows. We briefly discuss related work in Section 2. We explain SRT protocol in detail in Section 3, and present our
28、experiment results in Section 4. Section 5 presents our conclusions.II. RELATED WORKA. Research on Typical Routing ProtocolsIn small-scale WSN, routing with routing table can have a thoroughly great performance, because nodes can forward packets along optimal paths with low delay, short routing table does not require powerful computational capacity and large storage, and consume less energy. But when routing table is used in large-scale WSN 8, its completely different. Maintaining
