无线传感器网络路由协议研究【文献综述】.doc

毕业设计文献综述 计算机信息技术 无线传感器网络路由协议研究 摘 要：路由协议是无线传感器网络的重要组成部分，节能是无线传感器网络路由协议设计所要解决的首要问题。本文重点分析了低功耗路由协议LEACH，同时简单介绍了其他几种典型的路由协议，并对各路由协议进行了综合比较。另外，还分析了MAC协议中基于竞争机制的典型协议，并进行了总结。 关键字：路由协议；节能；MAC协议； 1.引言 由传感器、无线通信和网络三大技术融合而形成的传感器网络是一种全新的信息获取和处理技术。而无线传感器网络[1]是计算机科学和通信技术的一个新的研究领域，由于其广阔的应用前景，近年来受到了越来越多的关注，各种面向具体应用的无线传感器网络路由协议应运而生。无线传感器网络由大量微型传感器节点组成，且这种微型传感器节点能量有限而且一旦布设后不再更换，因此能量是无线传感器节点最重要的资源，它直接关系着网络的使用寿命。所以节能问题成为研究无线传感器网络一个主要的目标。 2.无线传感器网络的路由协议 路由协议时网络中传感器节点相互通信的基础，同时也是网络层的主要功能。无线传感器网络中节点的电源续航能力、数据处理能力、通信带宽以及数据存储能力都很有限，由于无线传感器网络的特殊性，无法直接采用传统的路由协议，即使Ad hoc的路由协议也无法直接使用。为无线传感器网络层设计有效的路由协议来提高通信质量、降低能量损耗、延长网络的生存时间是无线传感器网络技术的核心问题之一[2]。 2.1 低功耗路由协议——LEACH协议 LEA CH ( Low - Energy Adapt ive Clustering Hierarchy) 是MIT的Chandr akasan 等人为无线传感器网络设计的低功耗自适应分层路由算法[3]。它是以循环的方式随机选择簇头节点, 将整个网络的能量负载平均分配到每个传感器节点中, 从而达到降低网络能源消耗, 提高网络整体生存时间的目的。LEACH 在运行过程中不断地循环执行簇的重构过程。每个簇重构过程可以用轮的概念来描述。每个轮可以分成两个阶段: 初始化和稳定工作两个阶段。初始化阶段即簇的形成阶段。在每一轮的初始化阶段, 每个传感器节点都要决定自己是否充当簇头节点。簇头节点必须从那些没有当过簇头节点的节点中选择, 直到网络中的所有节点都当过簇头节点, 然后再进行重新选举。簇头节点还会使用压缩技术处理数据，减少发送的数据量，进而大大节约了能量。 2.2 其他典型路由协议 2.2.1 DD 协议 DD( Directed Diffusion) 是Estrin 等人专为无线传感器网络设计的路由协议[4] 。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。定向扩散的最大特点是引入网络梯度的概念, 其优势在于扩散过程能够将按照经验选取的较优路径缓存以实现节能, 并且提高节点间的有效性、鲁棒性和协作的可扩展性。 2.2.2 GEAR 协议 GEAR( Geo graphical and Energ y Aw are Routing)是一种典型的地理位置路由协议[5]。该算法的提出基于以下思想: 在传感器网络中向适当区域发送查询时,此查询数据中包含了位置属性信息, 因此, 可以利用这一信息将在整个网络中扩散的信息传送到适当的位置区域中。该算法引入了预估费用(estimated cost) 和学习费用(learning cost) , 通过比较两者值的大小来选取更接近汇聚节点的传感器节点作为下一跳。GEAR 利用能量和地理信息作为启发式选择路径向目标区域传送数据, 它是在DD 的基础上提出的, 但由于GEAR 只考虑向某个特定区域发送兴趣, 而不是像DD 那样发布到整个网络, 因此, GEAR 相对DD 更加节省能量。 2.2.3 SPIN 协议 SPIN(Sensor Protocols for Information via Negotiation)协议[6] 的设计思想是：每个节点在发送数据前通过协商来确定其他节点是否需要该数据； 同时,节点通过元数据 确定接收数据中是否有重复信息存在。节点通过3 种消息进行通信：ADV(数据描述)，REQ(数据请求)和DATA(数据)。源节点在传送DAT A信息之前, 首先向相邻节点广播包含DATA 数据描述机制的ADV信息, 需要该DATA信息的邻节点向信息源发送REQ请求信息,源节点在收到REQ信息后,有选择地将DATA信息发