1、本科毕业设计 (论文 )文献综述 电子信息 工程 无线传感路由协议简析 摘要： 随着时代的变迁，无线传感器网络的作用也不断的改变，并且它的运用范围也不断的扩大，从军事领域到民用领域，将这个本来处于学术中的协议运用到了我们的周围，我们每个人都在享受着它给我们带来的便利。当然，随着它不断的发展，就会衍生出各种优劣各异的协议模型，他们根据各自的作用机理，就有了各自的运用场合。本文 主要介绍了几种典型的平面路由和层次路由并且说明了他们的基本原理和优缺点。 关键词： 无线传感器网络；路由协议 ； Flooding； DD 一、无线路由 传感器协议的用途 无线路由传感协议 (Wireless Sensor
2、 Networks,WSN)是由具有传感、数据处理和短距离无线通信等功能的传感器组成，在军事国防、环境监测、生物医疗、抢险救灾以及商业应用等领域具有广阔应用前景的新型自组织无线网络 1。 无线传感器网络起步于 20世纪 90年代末，现在在军事领域 /民用领域肯学术界掀起国无线传感器网络胡研究热，并且取得国一定胡成果和各种新颖的协议及算法。 在军事领域，运用灵巧传感器网络通信建立一个通信基础设施，支援前方部署，将无人值守弹药、传感器和未来战斗系统所 用的机器人系统连成网络，成倍的提高单一传感器的能力，使作战指挥员能力更好、更快的做出决策，从而大大的提高战斗系统的生存能力。其实也就是将每个作战人员
3、作为一个侦查点，全面了解作战情况。 在民用领域，把先进的信息技术、数据通信技术、传感器技术、控制技术以及计算机处理技术有效的集成运用于地面交通管理，建立一个大范围 全方位的实时、准确、高效的综合交通运输管理系统。这种新型系统将有效的使用无线传感器网络进行交通管理，不仅可以使汽车按照一定的速度行驶、前后车距自动的保持一定的距离，而且还可以提供有关道路堵塞的最新消息， 推荐最佳行车路线以及提醒驾驶员避免交通事故等。在文献 2中就有提到无线网络在医疗方面的工作方法和巨大作用。 当然我们现在最被热议的物流管理也是很好的运用无线路由协议的一个事例。运用全方位的检测管理手段，将产品从原料到成品的全部的过程
4、都记录在案，使之有据可查，责任到人，从而很好的保证了产品的质量 3。 在学术方面，我们研究出了各种的路由协议，包括平面路由和层次路由。 二、路由协议的种类 首先说说现在路由协议有哪些协议，以及它们的优劣之处。 平面路由协议，它所有的节点的地位是平等的，不存在等级和层次的差异。 它的有点是简单、具有较好的健壮性。对于一个初学路由协议的学生来说选择它应该是比较合适的。它的缺点是可扩展性比较差；另外，它在大规模的网络中会消耗掉大量的存储空间，从而增加通信负担。对于这一点做一个小型的研究性的协议关系不会很大。下面是几个比较典型的平面路由。 第一个是 Flooding 协议和 Gossiping 协议。
5、 Flooding 协议的节点产生或收到数据后向所有邻节点广播，直到数据过期或到达目的地。该协议的缺点是内爆、交叠、资源利用盲目。Gossiping 协议对 Flooding 进行了改进，节点将产生火接收到 的数据随机转发，避免了内爆，但增加了时延。这两个协议的有点就是不需要维护路由信息，也不需要任何算法，比较简单。 第二个是 DD（ Directed Diffusion）路由协议。该协议中 汇聚节点将查询任务封装成兴趣消息（ interest）的形式，采用洪泛方式传播兴趣消息到其他节点，兴趣消息用来表达用户对监测区域内感兴趣的信息。在兴趣消息的传播过程中，协议逐跳地在每个节点上建立反向的从数
6、据源到汇聚节点的数据传输梯度。节点将采集到的数据沿着梯度方向传送到汇聚节点 。 DD路由协议的优点就是具有较好的节能性， 适用于在传感 器节点接收到数据请求后，较长时间内需要连续向 sink节点传送数据的场合，提高了节点间的有效性、协作的扩展性。缺点就是 DD算法建立梯度需要花较大的代价 4。 第三个是 SPIN（ Sensor Protocol for Information via Negotiation）路由协议是一种以数据为中心的自适应通信协议其目标是通过使用节点间的协商制度和资源自适应机制，解决扩散法存在的不足。 SPIN有三种数据包类型，即 ADV、 RED和 DATA。节点用 A
7、DV宣布有数据发送，用 REQ请求接收数据，用 DATA封装数据，这 三种包都包含了元数据。在发送一个 DATA数据包之前，传感器节点首先向邻居节点广播 ADV数据包；邻居节点在收到 ADV后，通过元数据判断是否需要完整的 DATA数据包，若需要则向该邻居节点发送一个 REQ数据包，接着发送DATA数据包。以此类推， DATA数据包可被传输到远方汇节点或基站 5,2。 第四个协议是 EAR（ Energy Aware Routing）协议。该协议主要目的是用于延长网络的生存时间。路由协议，其主要目的是用于延长网络的生存时间。该协议操作可以分成三个主要阶段： (1)协议初始化 由 sink点 发
8、起协议初始化过程。 (2)数据传输 节点向 sink点传送数据时，可以从多条路径中按某种概率选取一条。代价越大的路径，转发的概率越小。(3)路由维护 通过局部的泛洪，来更新路径代价。如果节点的能量低于某个门限，可以使这条路径失效。优点是改协议类似 DD协议，只是不再强迫使用一个最优化路径，而是维护了多条路径，是 DD路径的优化版 1。 第五个 GBR（ Gradient Based Routing）路由协议也是 DD协议的改进路由算法。目的是使数据报传输的总跳数最小 7,10。 第六个是 SAR(Sequential Assignment Routing)协议是第一个具有 QoS的路由协议。
9、该协议通过构建以 sink的单跳邻居节点为根节点的多播树实现传感器节点到 sink的多跳路径。它的特点是路由决策不仅要考虑到每条路径的能源，还要涉及端到端的延迟需求和待发送数据包的优先级。优点是能量消耗少。缺点是不适合运用在大型的拓扑频繁变化的网络。 分层路由也有许多类型，我们就选取两个进行简要的描述。 第一个是 LEACH 协议，该协议 运用了数据压缩技术和分层动态路由技术，通过本地的联合工作来提高网络的可扩展性和鲁棒性，通过数据 融合来减少发送的数据量，通过随机选择簇头节点来达到网络内部负载均衡的目的，进而大大节约了能量。 不过该协议也有下面三个缺点： （ 1）由于 LEACH 算法假定所
10、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） LEACH 算法是让网络中自组织的形成簇，由于簇头节点是随机产生的，这样无法保证簇头节点的合理分布。因此，很有可能出现被选择的簇头节点集中在网络中某一区域的现象，这样就会使得一些节点的周围没有任何簇。（ 3） LEACH 算法忽略了被选 簇头在网络内的分布状态和节点间不同的通信距离而导致的节点能量损耗的不平衡。 在 第二个 PEGASIS 协议是 LEACH 的改进。它利用“链“这个新的工作机理，极大的减少看数据传输的次数和通信量。在 彭艾的文献 9中提到
11、了如何改进， 在秦立航的文献 11中也提到了如何扩展，这些都可以在 NS2 中进行实现。 下面是几个比较常用的协议的比较，引用于王泽玉的文献 3在文献 12中也有提出。 表一 典型路由协议综合性能比较 协议名称 性能比较 以数据为中心 生命周期 传输延时 路径容错 可扩展性 否 Flooding 短 短 好 差 否 Gossiping 短 长 好 差 是 SPIN 较短 长 好 较好 是 LEACH 长 较短 较好 较好 否 Directed Diffusion 长 较短 好 较好 是 三、总结 随着时代的发展，各种路由协议多不胜举，我们需要选取一个比较时候自己使用的协议来编写软件，当然对于它
12、的优劣就要先与其他协议进行对比。平面路由协议是一种比较适合我们使用的简单易学型协议，我们可以选取当中的几个协议在 NS2软件中进行编译。 参考文献 1宋宜昌 ,余勇昌 .无线传感器网络路由协 议研究浅析 J.中国新通信 ,2009,6,11（ 13）：15-21. 2 Babak Esmailpour.Congestion Avoidance and Energy Efficient Routing Protocol for WSN Healthcare ApplicationsM,Islamic Azad University-Quchan Branch,Iran,2010. 3王泽玉 .无
13、线传感器网络路由协议分析与研究 D,哈尔滨工程大学 ,2008,2. 4万健 ,吴建荣 ,许向华 .无线传感器网络定向扩散路由协议研究 J,计算机工程与科学 , 2009,36（ 6） :99-102. 5林春 .无线传感器网络节点设计及路由策略分析 D,北京：北京化工大学 ,2009,5. 6陈志红 .无线传感器网络路由协议分析 J,移动通信 ,2009,4,33（ 8）： 40-43. 7Kulik J， Heinzelman W R， Balakrishnan H. Negotiation based protocols for disseminating information inw
14、ireless sensor networks. Wireless NetworksJ,2002，8(223):169-185. 8王向东 ,刘方爱 .无线路由协议的 NS-2模拟和分析 J,信息技术与信息化 , 2010,6, 2010(4):16-19 9彭艾等 .基于 NS2的 LEACH协议改进 J,计算机工程 ,2009,35(21):97-100. 10 Schurgers C, Srivastava M B. Energy efficient routing in wireless sensor networks. Proceedings ofCommunications for Network Centric Operations: Creating the Information ForceJ,2001: 357-361. 11秦立航 ,田廷剑 .基于 NS2的无线路由协议扩展 D,四川：电子科技大学 ,2009. 12论文在线 .无线传感器网络路由协议浅析 EB/OL,2010-10-12
