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无线传感器网络的路由协议研究.pdf

无线传感器网络的路由协议研究

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2011-09-01 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《无线传感器网络的路由协议研究pdf》,可适用于人文社科领域

第卷第期年月阜阳师范学院学报(自然科学版)JourmlofFuyangTeacherscollege(NaturalScience)V.No.Mar.无线传感器网络的路由协议研究。王艳(.合肥工业大学计算机与信息学院.安徽交通职业技术学院安徽合肥)摘要:对当前几种典型的无线传惑器网络路由协议进行了研究将它们分为传统路由协议、基于数据为中心的路由协议、基于地理位置的路由协议、基于服务质量的路由协议、单层路由协议和多层路由协议六类.阐述了这些协议的特点对每种路由协议的优缺点进行了分析对它们的性能进行了比较.关键词:无线传感器网络}路由协议中图分类号:TP文献标识码:A文章编号()一一AsurVeyOfroutingprotocolsinwirelesssensornetworksWANGYanl(.H以iU咒iF£邶幻Dn拍行DfD缈Sf^DDZo厂CD仲“衙J咖删口“鲫.Anh越Comm扯诧ic口tio挖v。c甜{o撇zT“h托ic口zCoz妇鲈He知{A矩‘越Q·ck他)Abstract:severalcurrenttypicalroutingprotocolsofWSNarestudied.Theprotocolsaredividedintoixclasses:thetraditionalonestheonesbasedonthedatacenteronthegeographicpositionandontheerVicequa“tythemorlolayerandthemuhilayerones.Meanwhiletoanalysetheadvantagesanddisadvantagsdescribethecharacteristicandat£heendcomparethefunctionsofeachpr口tocols.Keywords:wirelesssensornetworksroutingprotocol随着传感器技术、嵌入式技术、分布式信息处理技术和无线通讯技术的发展以大量的具有微处理能力的微型传感器节点组成的无线传感器网络(WSNWirelessSensorNetworks)逐渐成为学术界的研究热点问题.传感器网络是由部署在观测环境内的大量微型传感器节点通过无线通信方式组成的一种无线网络.相对于传统无线通讯网络而言传统无线通讯网络研究的重点放在无线通讯的服务质量上无线传感器节点是随机分布当前典型的几个无线传感器网络的路由协议如下:传统路由协议.泛洪协议(Flooding)泛洪(Flooding)协议是一种传统的最基本的平面网络路由协议不要求维护网络的拓扑结构并进行路由计算。该协议规定每个节点Nj接受来自其他节点的packet(数据包)并以广播的形式发送给其他邻居节点.这个过程一直重复直到该分组到达sink节点或者该分组的生命到期(TTLTimetoLife在传感器网络里面通常定义为最大跳数).每个节点Nj都由大量邻居数路由分组到目的地Nj然后通过转发路由表中的邻居计算到达目的节点的平均通信代价并更新原有消息中的代价值然后向邻居节点广播该路由建立请求消息.优点:实现简单不需要为保持网络拓扑信息和实现复杂的路由发现算法而消耗计算资源适用于健壮性要求高的场合.缺点:存在信息爆炸问题出现部分荤叠现象盲目使用资源网络生存时间很短.·收稿日期:一ol一作者简介:王艳(一)讲师硕士研究生.研究方向:计算机网络.万方数据万方数据阜阳师范学院学报(自然科学版)第卷.闲聊法(Gossiping)闲聊法是扩散法的改进版本.每个传感器节点只把自己接收到的packet随机发送给它的某个邻居节点其他不变.优点:节约能量一定程度上避免了“内爆”问题.缺点:仍然无法解决部分重叠现象和盲目使用资源问题而且数据传输平均时延拉长传输速度变慢.基于数据为中心的路由协议以数据为中心的路由协议是基于查询和对目标数据的命名之上的通过数据聚合减少重复的数据传送.以数据为中心路由还可分为:事件驱动模式和查询驱动模式..基于数据为中心的自适应路由协议r^SPIN是由Kaulik等提出的第一种以数据为中心的自适应通信路由协议通过协商机制来解决泛洪算法中的“内爆”和“重叠”问题.传感器节点仅广播采集数据的描述信息当有相应的请求时才有目的地发送数据信息.它使用三种类型的信息进行通信即ADV、REQ和DATA信息.ADV用于数据的广播当某一个节点有数据可以共享时可以用其进行数据信息广播.REQ用于请求发送数据当某一个节点希望接受DATA数据包时发送REQ数据包.DATA为传感器采集的数据包.在传送DATA信息前传感器节点仅广播该包含DATA数据描述机制的ADV信息当接收到相应的REQ请求信息时才有目的地发送DATA信息.优点:通过协商很好的解决了泛洪算法中的“内爆”和“重叠”问题.有序分配路由SAR策略充分考虑了功耗、QoS和分组优先权等特殊要求采用局部路径恢复和多路径备份数据的传输耗能相对较少只广播其它节点没有的数据减少了能耗不维护邻居节点信息适应节点移动的情况.缺点:健壮性差.当产生或收到数据的节点的所有邻节点都不需要该数据时将导致数据不能继续转发以致较远节点无法得到数据..谣传路由(rumorrouting)【Boulis等人提出的谣传路由是DD(DirectedDiffusion)算法的一个改进.每个sensor(传感器)节点都维持一个事件列表其表项包含事件的基本描述、播报该事件的源节点、最先传递该事件的上一跳sensor节点另外引入了一个具有长生命周期的报文Agent(代理)用于源节点广播感知事件的描述信息并在网络中传播.节点的代理消息、汇聚节点的查询消息各自沿随机路径传播.当两条路径交叉在一起时形成一条完整路径.谣传路由采用随机方式产生的路由路径不一定是数据传输的最优路由其中最优参数严重依赖于拓扑并且可能产生环路路由问题.优点:避免了大量扩散过程显著节省能量.适用于数据传输量较小的情况.缺点:如果网络拓扑结构频繁变动性能大幅下降.基于地理位置的能量感知路由GEAR也可以认为是DD方法的一种改进.根据事件区域的地理位置信息建立基站或者汇聚节点到事件区域的优化路径.GEAR协议假设了已知事件区域的位置信息且节点都知道自己的位置信息和剩余能量.此外节点可通过一个简单Hello消息交换机制就能知道所有节点的位置信息和剩余能量信息.其核心思想就是通过仅考虑某个区域而不是发送兴趣消息到整个网络的方式来限制定向扩散协议中的兴趣消息数这样GEAR协议比定向扩散协议可节省更多的能量.另外GEAR协议和大多数Adhoc网络路由协议一样还假定了节点间无线链路是对称的.GEAR路由协议中查询消息传播分为两个阶段.首先基站或汇聚节点发出查询消息指令根据事件区域地理位置消息将查询指令传输到区域内距基站或汇聚节点最近的节点然后从该节点将查询指令传播到区域内其他所有节点.采集的数据沿着查询指令的反向路径向基站或汇聚节点传播.优点:避免了扩散传播节省能源网络寿命延长适用于移动性较小的传感器网络应用环境.缺点:由于缺乏足够的拓扑信息路由过程中可能遇到路由空洞反而降低了路由效率.只适用于节点移动性不强的应用环境.可靠路由协议基于服务质量的可靠路由协议基于服务质量的路由协议的目标是在实现路由功能的同时满足一些网络QoS要求.这类路由协议在建立传感器网络的路由路径的同时考虑端对端的时延要求.(SPEED)提供了端对端的软实时保证.协议万方数据万方数据第期王艳:无线传感器网络的路由协议研究的核心结构有四部分.首先是它的延迟估计机制在相邻节点之间交换传输延迟以得到网络负载情况然后节点利用局部地理信息和传输速率信息选择下一跳的节点同时通过邻居反馈机制保证网络传输畅通并且通过反向压力路由变更机制避开延迟太大的路由空洞.优点:实现了端到端的传输率保证、网络拥塞控制以及负载平衡机制.该算法和AODV(AdHocOnDemandDistanceVector按需距离矢量路由协议.特点是为每条路由条目使用一个目的序列号可以防止环回且易于编程)与DSR(DynamicSourceRouting动态源路由协议.特点是根据源节点的需求建立路由同时支持单向及不对称链路)比较性能有一定提高能满足端到端延迟(endtoenddelay)和预定传输速度消耗的总传输能量较少.缺点:没有考虑在多条路径上传输以提高平均寿命传输的报文也没有优先级机制.单层路由协议之低能自适应聚类体系LEACH是MIT学者Chandrakasan等人为无线传感器网络设计的低功耗自适应聚类路由算法是第一个基于多簇结构的分层路由协议它是主动网络的路由算法.LEACH协议的这个模式基于以下假设:首先网络里所有节点完全相同并且能量非常有限其次无线电信号在各个方向上能量消耗相同最后汇聚节点(基站)是固定的并且离整个无线传感器网络较远.LEACH协议可以将网络生命周期延长%.优点:随机选择簇头平均分担路由业务提高了网络生存时间减小了能耗选举产生一个较为稳定的子网络从而减少了拓扑结构变化对路由协议带来的影响簇头节点对所在簇内的节点进行管理能方便地向基站传达节点的各种信息例如能量、安全性、故障等.缺点:由于每轮固定类首之后再建立簇类所以簇头的开销比较大并且离散式区域算法虽然对于节点位置等要求不高但无法做到最优仍采用一跳通信扩展性差不适合大范围的应用集群分组方式带来了额外开销以及覆盖问题仅适用于每个节点在单位时间内需要发送的数据量基本相同的情况而不适合突发数据通信.多层路由协议.门限敏感的节能型网络协议TEEN算法在LEACH算法的基础上针对检测突发事件的场景对sensor节点进行两次集群分组.定义硬、软两个门限值以确定是否需要发送测数据.当监测数据第一次超过硬门限时节点用它作为新的硬门限并发送它.如果监测数据的变化幅度大于软门限则节点传送最新的数据并将它设定为新的硬门限.优点:数据传送量比主动网络少节省大量能源.适用于响应型(Reactive)应用.缺点:如果某个节点的检测数据始终达不到硬门限用户将无法得到任何数据也无法知道这个节点是否失效因此这个方法不适用于需周期性采样的网络..两层分簇协议Estrin等提出了一种两层的分簇算法.处于某一层的节点同其广播半径及跳数有关所处层次越高所覆盖面积越大.此算法可以扩展成一个多层的簇体系.优点:适合大型网络.缺点:在形成多层簇类的过程中会额外消耗一些能源而且网络需要形成多少层按照什么策略形成层次等都是值得继续探讨的课题..三层体系结构的路由协议Younis等人提出了基于三层体系结构的路由协议.用户划分簇并将簇头ID(Identity身份标识号码)和簇内节点位置通知每个簇头.簇头监控节点的能量变化决定并维护节点的状态(感知、转发、感知并转发、休眠)评价节点间传输链路的成本选择最小成本路径作为最优路径.优点:具有很好的节能性能、较高的吞吐量和较低的通信延迟.缺点:健壮性不好.wSN是由大量传感器节点通过无线通信技术自组织构成的网络它集成了传感器、微机电系统和网络三大技术目的是感知、采集和处理网络覆盖围内感知对象的信息并转发给观察者是以数据处理为中心的系统.它是信息技术的新领域军事和民用领域均有非常广阔的应用前景.路由协议性能比较上述各无线传感器网络的路由协性能比较参见表.由上面分析比较可知现存的路由协议都很少考虑安全问题因此设计具有安全性保证的路由协议是未来发展的趋势.此外还要考虑全网的万方数据万方数据阜阳师范学院学报(自然科学版)第卷通讯负载平衡路由协议的容错性以及节点的移动性等.表路由协议性能比较健壮性冗余处理能量感知使用数据属性描述路由优化信息爆炸路由策略QoS支持不好没有不好否没有有主动投有不好没有不好否没有没有主动没有不好有好是没有没有按需有不好有好是没有没有按需有好有好是没有没有主动有好有好否没有没有按需没有参考文献:任丰原黄海宁林闯.无线传感器网络J.软件学报()ll.HaaszJHalpernJYLiLeta.GossipBasedadhocrouting.In:Proc.oftheIEEElNFOCOM.NewYork}IEEECommunicationSociety:.KulikJHeinzelmanWRBalakrishnanHet.Ehedprotocolfordisseminatinginformationinwirelesenrnetworks.J.wirelessNetworks():.BraginskyDEstrinDRumor.routingalgorithmforensornetworks.In:Proc.ofthet、^rorkshoponsensornetworksankapplicationsJ.Atlanta:AcMPress:.IntanagonwiwatC.ⅨrectedDiffuion:AscalableandRobustCommunicationParadigmforSensorNetworksC.ProceedingsoftheSixthAnnualInternatioIlalconferenceonMobileComputingandNetworks(MobiCom)Boston.Ma一sachusett:.Heinzelmanw.EnergyEfficientcommunicationPro.tocolsforwirelessMicrosensorNetworksc.ProceedingsoftherdHawaiiInernationalConferenceonSystemsScience:l一.ManjehwarAAgrawaIDPTEENAprotocolforenhancedefficiencyinwirelesssensornetworh|.InIntlProc.o“hethParallelandDitributedPro.cessingSymp.SanFranciscoc.IEEEComputersociety:.(上接第页)参考文献:PerelmanGriha.TheentropyformulafortheRiccinowanditsgeometricapplications.DB/oL.arxiV:math.DG/.LiMa.EigenvaluemonotonicityfortheRicciHamiltonflowJ.AnIlalsofGlobalAnalysisandGeometry{.Dxiaodongcao.EigenvaIueof(一△詈)onmIlifoldswithmonnegativecurvatureoperatorJ.Math.Ann.。():.JunfangLi.EigenvaIuesandenergyfunctionalswithmonotonicityformuiaeunderRicciflowJ.Math.Ann.():.BennettchowPengIuLeiNi.HamiIton’sRiccFIowM.Beijing:sck眦epres:.J】i白秭有好否有贿拗有好有有是潲贿孺有万方数据万方数据无线传感器网络的路由协议研究作者:王艳WANGYan作者单位:合肥工业大学,计算机与信息学院安徽交通职业技术学院,安徽,合肥,刊名:阜阳师范学院学报(自然科学版)英文刊名:JOURNALOFFUYANGTEACHERSCOLLEGE(NATURALSCIENCE)年卷(期):,()参考文献(条)ManjeshwarAAgrawalDPTEENAprotocolforenhancedefficiencyinwirelesssensornetworksHeinzelmanWEnergyEfficientCommunicationProtocolsforWirelessMicrosensorNetworksIntanagonwiwatCDirectedDiffusion:AScalableandRobustCommunicationParadigmforSensorNetworksBraginskyDEstrinDRumorroutingalgorithmforsensornetworksKulikJHeinzelmanWRBalakrishnanHBasedprotocolsfordisseminatinginformationinwirelesssensornetworks()HaasZJHalpernJYLiLGossipBasedadhocrouting任丰原黄海宁林闯无线传感器网络期刊论文软件学报()本文链接:http:dgwanfangdatacomcnPeriodicalfysfxyxbzrkxbaspx

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