| 标题 | 无线传感器网络路由协议研究综述 |
| 范文 | 邵俊平 摘 要：无线传感器网络不同于普通网络，分布式自组织性、动态拓扑性及资源有限性和应用相关性是其主要特点，所以对其路由协议有特殊的要求。本文对无线传感器网络路由协议进行分类，对几种路由协议进行分析比较，并指出其优缺点。 关键词：无线传感器；路由协议；数据 中图分类号： TP393 文献标识码：A 无线传感器网络是由大量体积微小，能量有限，具有有限的存储、计算能力的传感器节点通过无线自组织的方式经过单跳或多跳组成的网络。随着传感器技术、微电子技术、嵌入式技术和无线通信等技术的发展，无线传感器网络相关技术的发展日益迅速，得到了广泛应用，并成为人们研究的热点。由于无线传感器网络不同于传统网络，具有有限的能量和带宽资源，并且不同的应用场景对无线传感器网络有不同的要求，所以如何设计节能的、面向特定应用场景的路由协议是无线传感器网络研究的一个重要问题。 根据网络结构，一般将无线传感器网络路由协议分为：平面路由协议、层次路由协议和基于地理位置的路由协议。FLOODING协议是平面路由协议，每个节点不需要维护位置、路由等信息，当有数据要发送时，节点在一跳范围内广播，接收到消息的邻居节点再通过广播将消息发送给它的邻居节点，直到到达目的节点或达到最大跳数为止。FLOODING协议实现简单，路由健壮性强，节点不需要维护状态信息，但容易产生信息内爆和数据重叠问题，造成资源的浪费。Gossiping路由协议对FLOODING进行了改进，收到数据包的节点将数据包随机发送给它的邻居节点，直到发送给目的节点。Gossiping协议有效缓解了信息内爆，但还是存在数据重叠和资源浪费，可能增大时延，造成分组丢失。SPIN协议通过协商机制进行数据的传输，协议中包含三种报文：数据报文DATA，描述DATA的简短消息ADV，请求消息REQ。当有数据需要发送时，传感器节点先发送ADV消息，收到ADV消息的节点判断该数据是否是自己需要的，如果是，则发送REQ请求消息给发送节点，发送节点收到REQ后，将DATA数据发送给发送节点。SPIN协议体现了“以数据为中心”的设计理念，避免了不必要的信息传输，但若远距离节点对该信息感兴趣但其所有邻居节点都不需要该信息将导致该远距离节点无法收到信息，造成信息空洞。 LEACH协议是经典的层次路由协议，许多路由协议都是在它的基础上改进而来的。LEACH协议中，网络区域被划分为不同的簇，每个簇内存在簇首节点和簇成员节点，簇首节点负责管理簇成员节点、将簇成员节点发来的数据进行数据融合等处理后，发给Sink节点。由于簇首节点承担更多的任务，需要消耗更多能量，所以LEACH协议周期性进行簇首的轮转以达到均衡网络能耗的目的。LEACH协议中，每个节点只需要维护本簇内的路由信息，大大减小了数据存储量和路由开销，通过数据融合，减少了通信量，降低了能量消耗，同时，簇结构更有利于网络的扩展。但LEACH协议随机选举簇首，可能造成簇首节点位于网络的边缘或其他可能增大通信距离的位置，消耗更多能量；同时，簇首节点通过单跳将数据发送给Sink节点，有些簇首节点可能会因单跳远距离通信而消耗大量能量。LEACH-C是基于LEACH的改进协议，相对于LEACH，LEACH-C通过集中控制选举簇首节点，使簇的划分和簇首节点的分布更合理，避免了由于随机选举簇首带来的分簇不合理现象。PEGASIS协议借鉴了LEACH协议的分簇思想，该协议基于所有节点的地理位置用贪婪算法将节点组织成链。当有数据需要发送时，数据将沿着链依次传递给距离自己最近的邻居节点，直到发给链头节点，再通过链头节点发送给Sink节点，链上节点轮流作为链头节点。PEGASIS避免了组簇及维护簇结构的开销，但头节点的能量会消耗较快，PEGASIS需要知道每个节点的位置信息，增大开销，同时，离链头较远的节点可能会产生较长的时延，实时性不好。 GAF路由协议是基于地理位置的路由协议，将网络划分为固定数目的虚拟网格，每个节点根据自身的位置确定所在的区域，每个区域在某个时间段只选一个节点处于活动状态监测信息并发送数据给Sink节点，其他节点睡眠，一段时间后重新选举值守节点。GAF也属于层次路由协议，根据节点的地理位置信息进行分簇，使得分簇更合理。GPSR协议也是基于地理位置信息的路由协议，每次都采用贪婪算法，选择距离目的节点最近的节点作为下一跳，直到到达目的节点。GPSR能减小路由跳数，缩短时延，但可能会造成“热点”问题和单路径问题。基于地理位置的路由协议有效利用节点的地理位置信息使路由更合理，但获取节点的地理位置信息可能会增大成本。 总之，相对于平面路由协议，层次路由协议更有利于网络的扩展，也能有效减小网络能耗。基于地理位置的路由协议利用节点的地理位置信息使路由更合理，但获得节点的位置信息将增大成本。 参考文献 [1]Heinzelman WB， Chandrakasan AP， Balakrishnan H. An application specific protocol architecture for wireless microsensor networks.IEEE rans Wireless Commun ，2002，1（04）：660-70. [2]孙利民，李建中，陈渝，等.无线传感器网络[M].北京：清华大学出版社，2005. |
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