无线传感器网络路由协议.doc

无线传感器网络的关键技术有路由协议、 MAC 协议、拓扑控制、定位技术等。路由协议: 数据包的传送需要通过多跳通信方式到达目的端,因此路由选择算法是网络层设计的一个主要任务。路由协议主要负责将数据分组从源节点通过网络转发到目的节点,它主要包括两个方面的功能: 。 。无线传感器与传统的无线网络协议不同之处,它受到能量消耗的制约,并且只能获取到局部拓扑结构的信息,由于这两个原因,无线传感器的路由协议要能够在局部网络信息的基础上选择合适路径。传感器由于它很强的应用相关性,不同应用中的路由协议差别很大,没有通用的路由协议。无线路由器的路由协议应具备以下特点: ( 1)能量优先。需要考虑到节点的能量消耗以及网络能量均衡使用的问题。( 2)基于局部拓扑信息。 WSN 为了节省通信能量,通常采用多跳的通信模式, 因此节点如何在只能获取到局部拓扑信息和资源有限的情况下实现简单高效的路由机制,这是 WSN 的一个基本问题。( 3)以数据为中心。传统路由协议通常以地址作为节点的标识和路由的依据, 而 WSN 由于节点的随机分布,所关注的是监测区域的感知数据,而不是具体哪个节点获取的信息,要形成以数据为中心的消息转发路径。( 4)应用相关。设计者需要针对每一个具体应用的需求,设计与之适应的特定路由机制。现介绍几种常见的路由协议(平面路由协议、网络分层路由协议、地理定位辅助路由协议): 一、平面路由协议平面路由协议中,逻辑结构时平面结构,节点间地位平等,通过局部操作和反馈信息来生成路由。当汇聚点向某些区域发送查询并等待来自于这些区域内传感器所采集的相关数据,其中的数据不能采用全局统一的 ID ,而是要采用基于属性的命名机制进行描述。平面路由的优点是结构简单、鲁棒性(即路由机制的容错能力)较好,缺点是缺乏对通信资源的优化管理,对网络动态变化的反应速度较慢。其中典型的平面路由协议有以下几种: . 洪泛式路由( Flooding ): 这是一种传统的网络通信路由协议。这种算法不要求维护网络的拓扑结构和相关路由的计算,仅要求接受到信息的节点以广播形式转发数据包。例如: S节点要传送一段数据给 D节点,它需要通过网络将副本传送给它每一个邻居节点, 一直到传送到节点 D为止或者为该数据所设定的生存期限为零为止。优点在于: 实现简单;不需要为保持网络拓扑信息和实现复杂路由发现算法消耗计算资源; 适用于鲁棒性较高的场合。但同时也有相应的缺点:一个节点可能得到一个数据的多个副本;存在部分重叠,如果相邻节点同时对某件事作出反应,则两个节点的邻居节点将收到两份数据副本;盲目使用资源,无法作出自适应的路由选择。为克服 Flooding 算法这些固有的缺陷, 等人提出闲聊式( Gossiping )策略。这种算法采用随机性原则, 即节点发送数据时不再采用广播形式,而是随机选取一个相邻节点转发它接收到的数据副本(避免了消息爆炸的结果)。图 1 洪泛式路由机制图 2 gossiping 路由机制 路由: SPIN 是一组基于协商并且具有能量自适应功能的信息传播协议。它有如下两个特点:( 1)每个节点在发送数据前需要通过协商来确定其他节点是否需要该数据, 同时每个节点通过元数据( meta-data ) 来确定接受数据中是否有重复信息的存在。( 2)网络中节点必须实时监控本地能源消耗,根据能量等级改变工作模式来延长节点自身和整个网络的运行时间。 SPIN 在运行过程中节点使用 3 种类型的信息进行通信,即 ADV 、 REQ 和 DATA 信息。 ADV ——用于新数据广播。当一个节点有数据可共享时,它以广播方式向外发送 DATA 数据包中的元数据。 REQ ——用于请求发送数据。当一个节点希望接受 DATA 数据包时,发送 REQ 数据包。 DATA ——包含附上元数据头( meta-header ) 的实际数据包。 SPIN 协商过程采用 3 次握手方式。 S tep1 :运行 SPIN 协议的源节点在传送 DATA 信息前,首先向相邻节点广播包含 DATA 数据描述机制的 ADV 信息。 S tep2 :需要该 DATA 信息的邻居节点,向信息源发送 REQ 请求信息。 Step3 :源节点根据接受到得 REQ 信息,有选择地将 DATA 信息发送给相应的邻居节点,如下图 3所示。收到 DATA 数据的节点可作为信息源敬爱那个 DATA 信息传播到网络中的其他节点。图 3 SPIN 路由机制该协议除了提供数据传输过程中得协商机制,还引用了基于阖值的能量值适应机制。它要求每个节点都提供对其自身的能量管理功能以便跟踪能源的能耗状况。当节点的剩余能量开始接近低能量