无线传感器网络中的路由协议选择原则
随着技术的发展，无线传感器网络已经成为了当今热门的研究
领域之一，逐渐应用到了各种监测和控制领域中。在无线传感器
网络中，路由协议的选择是十分关键的，对于网络的性能和节点
的能耗有非常重要的影响。因此，本文将介绍一些无线传感器网
络中路由协议选择的原则。
一、路由协议的分类与特点
在无线传感器网络中，路由协议一般分为两类：平面和分层。
1. 平面路由协议
平面路由协议使用无层次的路由方案，使用相同的协议层次来
协调路由过程。常见的平面路由协议有LEACH、PEGASIS等。
它们都具有低能耗、低成本、易于实现等优点，但是其网络容量、数据传输速率和网络拓扑结构都不够灵活。
2. 分层路由协议
分层路由协议则使用层次化的路由方案，通过将网络分成不同
的层次来提高路由效率。常见的分层路由协议有EAR、TEEN等。它们具有设备节点灵活性、路由效率高等优点，但是更为复杂，
需要更高的计算能力。
以上是两种常见的路由协议，不同的协议适用的场景也有所不同。
二、路由协议选择的原则
1. 针对应用场景选择路由协议
嵌入式系统的特点为资源受限，因此在选择路由协议的时候需要根据应用场景选择合适的协议。如对于一些时间敏感的应用，需要更加稳定和快速的路由协议。而对于延迟不敏感的应用则可以使用较为灵活、简单的路由协议。
2. 适配节点和网络
在选择协议的过程中，需要考虑到设备本身的硬件资源特性和网络的通信环境特点。设备的处理器性能、存储容量、电量以及通信范围等都会影响协议的选择。而网络的拓扑结构、通信质量和网络规模等则会影响分布式算法的设计和协议的选择。
3. 学习不同协议的特点
不同的路由协议有不同的优缺点，需要具体问题具体分析。研究人员可以通过对不同的路由协议进行分析，了解其特点和适用范围，从而选择最适合自己需要的协议。
4. 充分考虑能耗和性能
在无线传感器网络中，节点的能耗是一个至关重要的问题。因此，在选择路由协议的过程中应充分考虑节点的能耗和性能问题。一些能耗控制的技术，如数据压缩、聚合传输和数据分析等，可
以降低节点的能耗，延长网络的寿命。
5. 不断优化算法
路由算法的选择和优化是路由协议功能实现的基础。在实际应
用中，路由算法通常需要针对实际应用场景进行调整和优化。通
过使用优化工具和设计算法，可以优化路由协议的性能和能耗，
提高网络的稳定性和可扩展性。
三、结论
无线传感器网络的路由协议是网络性能和节点能耗的关键因素
之一。针对特定的应用场景，需要根据设备的特性、网络的通信
环境、路由算法的实现和需要优化的问题等因素进行选择和优化。在实际应用中，需要综合考虑网络性能和节点能耗，不断优化算法，提高网络的稳定性和可扩展性。
无线传感器网络中的路由协议选择指南 无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）是一种由大量分布式传感 器节点组成的网络系统，用于收集、处理和传输环境中的信息。在WSN中，传感 器节点通常具有有限的计算和通信能力，因此选择合适的路由协议对于网络的性能和能耗至关重要。本文将探讨在无线传感器网络中选择路由协议的指南。 1. 路由协议的分类 在无线传感器网络中，常用的路由协议可以分为以下几类： 1.1 平面型路由协议 平面型路由协议是指将网络拓扑视为一个平面图的路由协议。这类协议简单易用，适用于小规模的传感器网络。常见的平面型路由协议有LEACH、PEGASIS等。 1.2 分层型路由协议 分层型路由协议将网络划分为不同的层次，每个层次负责不同的任务。这类协 议能够提高网络的可扩展性和灵活性。常见的分层型路由协议有TEEN、APTEEN 等。 1.3 基于集群的路由协议 基于集群的路由协议将网络节点划分为若干个簇（Cluster），每个簇由一个簇 头（Cluster Head）负责。这类协议能够减少网络中的数据传输量，延长网络寿命。常见的基于集群的路由协议有LEACH-C、HEED等。 1.4 基于多路径的路由协议 基于多路径的路由协议利用多条路径传输数据，提高网络的可靠性和容错性。 这类协议适用于网络中存在节点失效或信号干扰的情况。常见的基于多路径的路由协议有AODV、DSDV等。
2. 路由协议选择的考虑因素 在选择路由协议时，需要考虑以下因素： 2.1 网络规模 网络规模是选择路由协议的重要因素之一。对于小规模的传感器网络，平面型路由协议或分层型路由协议可能更适合；对于大规模的传感器网络，基于集群或基于多路径的路由协议可能更合适。 2.2 能耗 能耗是无线传感器网络中的重要问题。选择能耗较低的路由协议可以延长网络的寿命。一些基于集群的路由协议通常能够有效降低能耗。 2.3 数据传输延迟 某些应用场景对数据传输延迟有较高的要求，因此选择能够提供较低延迟的路由协议是必要的。基于多路径的路由协议通常能够提供较低的延迟。 2.4 网络可靠性 在一些特殊环境下，网络中可能存在节点失效或信号干扰等问题，因此选择能够提供较高可靠性的路由协议是必要的。基于多路径的路由协议通常能够提供较高的可靠性。 3. 实际应用案例 为了更好地理解路由协议选择的指南，以下是一些实际应用案例： 3.1 环境监测 在环境监测中，需要大规模部署传感器节点以收集环境中的各种数据。由于网络规模较大，可以选择基于集群的路由协议，如LEACH-C。该协议能够有效降低能耗，并提供较长的网络寿命。
第一章 1、传感器网络的标准定义是这样的： 传感器网络是大量的静止或移动的传感器以自组织和多跳的方式构成的无线网络，其目的是协作地感知、采集、处理和传输网络覆盖地理区域内感知对象的监测信息，并报告给用户。它的英文是Wireless Sensor Network, 简称WSN。 2、无线网络分为两种：1、无线蜂窝网，是一种有基础设施的网络，需要固定基点（无线局域网也是）2、无基础设施网，又称无线Ad Hoc网络，节点是分布式的，没有固 定基点Ad Hoc分为两类：移动Ad Hoc网络，无线传感器网络 传感器网络的五层协议：物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层 3、无线传感器的组成：传感器、感知对象和用户是传感器网络的三个基本元素。 4、传感器网络节点的体系：由分层的网络通信协议、网络管理平台、应用支撑平台组成（1）网络通信协议：物理层、数据链路层、网络层、传输层、（应用层） （2）网络管理平台：拓扑控制、服务质量管理、能量管理、安全管理、移动管理、网络 管理 （3）应用支撑平台：时间同步、定位、应用服务接口、网络管理接口 5、传感器网络与现有无线网络的区别： 无线自组网是由几十到上百个结点组成的、采用无线通信方式的、动态组网的、多跳的移动性对等网络。传感器网络是集成了监测、控制和无线通信的网络系统，结点数目更为庞大；它的结点分布更为密集；由于环境影响和能量耗尽，结点更容易出现故障；环境干扰和结点故障易照成网络拓扑结构的变化；通常情况下大多数传感器的结点是固定不动的。另外，传感器结点具有的能量、处理能力、存储能力和通信能力等都十分有限。传统的无线网络的首要设计目标是提供高质量服务和高效带宽利用，其次才考虑节约能源；而传感器网络的首要设计目标是能源的高效使用。 6、传感器网络与现场总线的区别： 现场总线是应用在生产现场和微机化测量控制设备之间、实现双向单行多结点数字通信的系统，也被称为开放化、数字化、多点通信的底层控制网络。由于现场总线通过报告传感器数据从而控制物理环境，所以从某种程度上说它与传感器网络非常相似。我们甚至可以将无线传感器网络看作是无线现场总线的实例。但是两者的区别是明显的，无线传感器网络关注的焦点不是数十毫秒范围内的实时性，而是具体的业务应用，这些应用能够容许较长时间的延迟和抖动。另外，基于传感器网络的一些自适应协议在现场总线中并不需要，如多跳、自组织的特点，而且现场总线及其协议也不考虑节约能源问题。 7、传感器结点的限制条件：1、电源能量的有限 2、通信能力受限 3、计算和存储能力受限 8、组网特点：1、自组织性 2、以数据为中心 3、应用相关性 4、动态性 5、网络规模大 6、高可靠性 9、无线传感器网络的发展阶段： 1、第一阶段：20世纪70年代越战时期使用的传统的传感器系统。标志事件：“热带树” 2、第二阶段：20世纪80年代至90年代之间的传感器网络结点集成化。标志事件：商业周刊 3、第三阶段：从21世纪至今的多跳自组网。标志事件“9.11” 第二章 1、传感器的定义和作用 传感器网络的终端探头通常代表了用户的功能需求，终端传感器技术是支撑和最大化网络应用性能的基石，为网络提供了丰富多彩的业务功能。 什么是传感器？一般来说能够把特定的被测量信息（物理量、化学量、生物量等）按一定规
4.无线传感器网络的路由协议有哪些类型路由协议的设计要求 由协议主要分为四类；基于聚簇的路由协议、以数据为中心路由协议、基于地理位置路由协议和能量路由协议。现有的无线传感器网络路由协议设计以节能、延长网路生命周期为主要目的。 1）QOS路由；目前传感器网络路由协议的研究重点主要集中在能量效率上，而在未来的研究中可能还需要解决由视频和成像传感器以及实时应用引起的QOS问题。 2）支持移动性:目前的WSNS路由协议对网络的拓扑感知能力和移动性的支持比较差，如何在控制协议开销的前提下，支持快速拓扑感知是一个重要挑战。 3）安全路由：由于WSNS的固有特性，其路由协议极易受到安全威胁，是网络攻击的主要目标，设计简单、有效、适用于WSNS的安全机制是今后努力的方向。
4）有效功能：WSNS中数据通信最为耗能，今后尽量通过使用数据融合技术、数据传输中采用过滤机制来减少通信量，并通过让各节点平均消耗的能量来保持通信量的负载均衡。 5）容错性；由于WSNS节点容易发生故障，应尽量利用节点易获得的网络信息计算路由，以确保在路由出现故障时能够尽快得到恢复，可采用多路径传输来提高数据传输的可靠性。 5、无线传感器网络的路由协议具有哪些特点 1）能量优先，（2）基于局部拓扑信息（3）以数据为中心（4）应用相关 6. 什么是数据融合技术，它在传感器网络中的作用是什么 数据融合是一种多源信息处理技术，它通过对来自同一目标的多源数据进行优化合成，获得比单一信息源更精确、完整的估计或判决。在传感器网络中的作用在于；节省整个网络的能量，增强所收集数据的准确性，提高数据收集效率。 第一章： 1.无线传感网与自组织网络的主要异同点有哪些 答：无线传感网是自组织网路的一种典型应用，虽然具有移动自组织特征，但与传统的移动自组织网络相比，又有不同之处，主要区别有以下几点： 1）无线传感网以数据为中心； 2）在通信方式方面，无线传感网节点主要使用广播通信，而别自组织网络节点采用点对点通信； 3）在网络节点的处理能力方面，自组织网络的处理能力较强，而无线传感网节点的处理能力、计算能力和存储能力都有限； 4）在网络节点规模方面，无线传感网包含的节点数量比自组织网络高几个数量级； 5）由于无线传感网节点数量的原因，其节点没有统一的标示。 2.简述无线传感网发展历史的阶段划分和各阶段的技术特点 答：第一阶段：传统的传感器系统，其特征在于；传感器节点只产生探测数据流，没有计算能力，并且相互之间不能通行。 第二阶段；无线传感网节点集成化，其特征在于；主要在军事领域展开，并成为网络中心战体系中的关键技术。 第三阶段；多跳自组网，其特征在于：网络传输自组织、节点设计低功耗。
无线传感器网络的路由需求 路由题目是无线传感器网络的一个非常重要的题目，长期依靠是无线传感器网络研究的重点。现有的路由方法可以从网络体系结构上分为两种类型：平面型路由和分级路由算法。 平面型路由算法中，采用多跳方式完成数据从源节点到基站节点的传送。节点不仅同构，并且承担相同的角色：既感知环境收集传感数据，又作为路由器完成路由查询和数据转发。平面型路由算法中，最闻名的是基于谈判的SPIN算法和定向发布算法。 SPIN算法假定每个节点都是潜伏的基站节点，需要将每个节点的传感数据向其它节点分发。用户在查询任意节点时，都能很快得到所需要的数据。SPIN 算法中引入了谈判机制，能够避免洪泛型路由为传感网带来过量的传感数据，从而节约能源。其改进算法SPIN-2能够根据自己的能源状况，决定是否减少介入转发其它节点的数据。SPIN最大的题目在于无法保证数据的投递。 假如对某些传感数据感爱好的节点阔别感知数据的源节点，而源节点与目的节点之间的中间节点对这些数据不感爱好，数据将不能被投递目的节点。所以SPIN算法不可能提供服务质量的保证。定向发布算法也是一种典型的多通路算法，采用洪泛的方式将查询注入网络，在产生传感数据的源节点和收集数据的基站节点间建立多条通路。多条通路的使用能够进步网络的可靠，提供鲁棒的数据路由。但是冗余数据在多条通路中传送会导致通讯量大增，定向扩散算法引入了网内数据聚合来去掉冗余数据，减少通讯量，节约能源。良多研究者在定向发布算法的基础上提出了改进，以进步能源利用率、降低能源消耗、防止部门节点的能源过度消耗。 上述的无线传感器网络中数据路由的研究主要针对同构的传感器节点相互协作，进行数据收集、处理和路由，完成传感任务。收集网络状态信息是实现数据路由的基础，但是网络的异构发展为异构无线传感网中收集网络状态信息带来了更大的挑战。描述异构的节点、链路的状态信息需要更多的数据量。因为整个网络中可能存在大量的传感器节点，对应着大量的资源状态信息，要将所有节点、链路的所有信息完整、及时地发送到每个节点是不现实的。在网络中发送洪泛信息将消耗大量的能源，甚至可能造成网络的拥塞，使异构无线传感器网络无法完成传感数据的传送。因此，研究高效、动态地汇聚、分发和更新网络资源状态信息的协议对异构无线传感器网络长短常重要的。 良多传感应用中对传感数据的路由有服务质量要求，好比监测环境温度的无线传感器网络，必需将感知到的异常的温度数据（好比火灾发生时）及时传送到观察者。假如不能及时传送到，观察者和决议计划系统就无法作出及时的响应，传感数据就失去了采集的意义。在同构的无线传感器网络中，在为有传输时延限制的传感数据寻找路由时，通常只需考虑通讯链路的时延。在异构的无线传感器网络中，在选择路由时，还必需将潜伏的通路中各个节点的不同通讯能力、通讯愿望以及通讯链路的质量等因素纳入考虑范围。因此，需要研究异构无线传感器网络中支持服务质量的数据路由算法。 在无线传感器网络中，传感器节点常常因为环境的变化或电源耗尽而失效。同时因为传感器节点的通讯能力有限，而无线传感器网又经常部署在恶劣的环境中，传感器节点之间的通讯轻易受各种天然因素的影响而导致失败。这些都会导致网络拓扑的变化。异构传感器网络的信息是海量的，这些信息来源于异构动态变化的网络，存在大量的冗余数据和不可靠的数据，研究鲁棒路由算法，对支持
无线传感器网络中的数据传输协议 一、引言 随着物联网和智能化技术的快速发展，无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）因其低功耗、低成本、易部署 等优点而得到广泛应用。数据传输是WSN中的关键问题，其质量和效率直接影响整个网络的运行效果。本文将从协议设计、数据 传输过程和优化角度探讨无线传感器网络中的数据传输协议。 二、协议设计 WSN中的数据传输协议主要分为以下几种： （一）传输层协议 传输层协议是指在WSN中实现数据传输的基本协议，包括传 输控制协议（TCP）和用户数据报协议（UDP）两种。UDP协议 的传输效率高，但可靠性不够，适用于需要快速传输数据且对数 据完整性要求不高的场合；TCP协议则通常用于重要数据的传输，通过重传、校验等功能提高数据传输的可靠性，但传输效率略有 降低。 （二）MAC层协议 MAC层协议是指定义数据包发送和接收的规则和方式，以及 控制无线传感器网络内节点之间的通信协议。目前常见的MAC层
协议有能量受限的媒体接入控制（Energy-Limited Media Access Control，ELMAC）和低能耗媒体访问控制（Low-Energy Media Access Control，LEMMA）两种，它们通过不同的方式控制节点的发送和接收规则，保证数据在传输过程中的准确性和实时性。 （三）路由协议 路由协议是指无线传感器网络中节点之间传输数据的路径规划和选择协议，以保证数据可靠传输。常见的路由协议有基于距离的路由协议、基于分层的路由协议和基于能量的路由协议。其中基于能量的路由协议因其在保证数据可靠传输的同时，考虑了节点的能量消耗，具有较高的适用性和可靠性。 三、数据传输过程 WSN中的数据传输过程需要经过以下几个阶段： （一）数据采集 数据采集是指节点通过传感器采集到环境中的各种数据，如温度、湿度等信息，并将其存储在节点内部的缓存区中，待传输时一并打包发送。 （二）数据编码 数据编码是指将数据通过特定的编码方式转换成能够在无线传感器网络中传输的格式，如决策树结构、压缩编码、嵌入式编码
无线传感器网络中的路由协议随着科技的不断发展，无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）已经逐渐成为了一种被广泛研究和应用的技术。无线传感器网络拥有广泛的应用领域，如军事、环境监测、智能家居、健康管理等。在这些应用中，无线传感器网络的安全、可靠性和生命稳定性是至关重要的。为了保证上述三个要素，需要一个高效、稳定且可扩展的路由协议来管理无线传感器网络中的数据传输和路由决策。 无线传感器网络与传统的局域网和广域网不同，它不具有结构上的中心，而是由大量分散的节点构成，这些节点协同工作来达到目标。由于节点之间的距离很近，数据包在此类网络中往往是通过多跳传输。一个好的路由协议应当考虑网络中所有节点的负载以及能源消耗，尽可能地减少数据包的延迟和数据包的丢失。这是无线传感器网络中的路由协议需要考虑的主要问题。 在无线传感器网络中，有三种主要的路由协议：平面机制、分层机制和混合机制。 1. 平面机制 平面机制是指所有节点都属于同一层次，没有层次结构。节点之间通过广播协议（如Flooding protocol）相互传递数据。节点只需知道自己的邻居节点，数据包的传输是由遍布整个网络的节点
负责的。这种方法简单且易于实现，但会导致网络不稳定，易出 现死循环和数据洪泛问题。因此，在实际应用中很少使用。 2. 分层机制 分层机制是指将节点按照其功能和自己所处的位置划分为不同 的层次。分层机制将一个大的无线传感器网络划分为多个小的子 网络，每个子网络都有一个负责节点。子网络之间通过中继节点 进行通信，可以减少数据的传播距离和提高传输速率。分层机制 通常由三层组成：传感器层、联络层和命令层。传感器层负责数 据的采集与传输，联络层负责中继和路由，命令层负责网络控制 和管理。 分层机制的优点是可以有效降低网络负载和节点的能源消耗， 提高网络的生存率和稳定性。常见的分层机制路由协议有链路状 态广告协议(LSP protocol)、电子飞秋协议(EFQ protocol)等。 3. 混合机制 混合机制是指将平面机制和分层机制相结合的路由协议，它可 以通过选择合适的网络拓扑结构来提高网络的性能。在混合机制中，网络中相对稀疏和负载较低的区域采用分层机制进行数据传输，相对密集和负载较高的区域采用平面机制进行数据传输。混 合机制还可以根据网络负载的动态变化来自适应地调整网络结构。
无线传感器网络中的多跳路由方案研究 无线传感器网络（Wireless Sensor Network, WSN）是由大量分布在被测区域内的微型传感器节点组成的，利用无线通信技术进行感知数据采集、处理和传输，实现对目标区域中实时监控、数据采集和信息处理的系统。目前，WSN 已经广泛应用于环境监测、智能家居、军事侦察等领域。在无线传感器网络中，路由协议被用来构建网络的拓扑结构，保证数据的流动和传输，是WSN 中至关重要的一环。本文将着重研究和讨论无线传感器网络中的多跳路由方案。 一、多跳路由的基本原理和特点 WSN 中的多跳路由是指源节点通过一系列中继节点将数据包发送到目标节点的过程，由于节点之间的距离限制和能量限制，直接从源节点发送到目标节点可能会受到各种限制和干扰。因此，多跳路由可以通过将数据包分割成多个更小的数据包，并将它们通过途经的中继节点进行转发，最终到达目标节点。多跳路由具有以下几个特点： 1. 网络中的节点不需要事先知道所有的其他节点，只需要知道和它相邻的节点即可。 2. 可以构建任意复杂的节点结构，适应不同的应用场景和部署环境。 3. 通过实现负载均衡和跨层优化，提高网络的路由吞吐量和稳定性。 4. 可以对不同的传感器节点进行差异化的能源管理和数据采集，延长网络的寿命和稳定性。 二、现有的多跳路由协议 1. Ad hoc On-Demand Distance Vector（AODV）
AODV 协议使用路由发现技术，可以根据网络拓扑结构和节点之间的连接信息建立网络拓扑结构，并采用源节点向目标节点请求路由的方式，减小了节点之间的通信量和路由表的维护负担。AODV 协议是一种用于无线 Ad hoc 网络的距离向量路由协议，能够兼容多种不同类型的网络拓扑。该协议主要适用于节点数量相对较小的场景。 2. Destination Sequenced Distance Vector（DSDV） DSDV 协议是一种基于距离向量路由的协议，每个节点都维护一个路由表，存储着到其他节点的距离信息和路由信息。该协议使用序列号和时间戳来解决路由环路问题，并通过附加向量的方式实现节点之间的路由信息交换，降低协议开销和路由延迟。 3. Geographic Routing Protocol（GRP） GRP 协议是一种基于节点地理位置的路由协议，通过在网络中增加节点位置信息和路由算法，实现更精确和高效的路由选择。该协议利用节点间的地理信息来计算节点间的距离估计，通过最短路径算法来计算节点间的通信路径。同时，该协议还支持网络中动态节点加入和离开，具有较强的适应性和可扩展性。 4. Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy（LEACH） LEACH 协议是一种分层式无线传感器网络路由协议，通过将节点分成不同的簇，分别进行路由管理和能源管理。LEACH 协议主要包括两个阶段，即簇建立和数据传输。在簇建立阶段，节点自组成簇，选举出一个 CH（Cluster Head）为该簇的代表进行数据传输。在数据传输阶段，源节点把数据包发送给 CH，然后 CH 对数据进行汇总和处理，最终将数据包传递给基站。该协议可以延长网络寿命和提高网络稳定性。 五、总结
无线传感器网络设计 传感器网络是一种由大量的节点组成的网络，这些节点配备有传感器，能够感知环境中的各种物理和化学信息，并将这些信息传输给网 络中其他节点。无线传感器网络是一种特殊类型的传感器网络，其节 点之间通过无线通信进行数据传输。 无线传感器网络设计的目标是实现高效可靠的数据传输和处理，并 且能够应对复杂的环境需求。设计一个成功的无线传感器网络需要考 虑以下几个方面： 1. 节点布局：节点的布局对网络的性能有重要影响。节点之间的距 离和分布应该合理，以确保网络的覆盖范围和信号质量。布置节点时，还应考虑能耗均衡，以避免某些节点过早失去能量而使网络无法正常 工作。 2. 路由协议：无线传感器网络中的节点通常是分散在一个广阔的区 域内，节点之间的通信需要通过多跳传输来完成。因此，选择合适的 路由协议对网络的性能至关重要。常用的路由协议包括LEACH、TEEN、PEGASIS等，根据网络的需求选择最合适的协议。 3. 能耗管理：无线传感器网络中的节点通常由电池供电，能耗管理 是设计过程中的重要考虑因素。通过降低节点的活动频率、使用能效 更高的硬件和算法等方式，能够有效延长网络的寿命。 4. 安全性：无线传感器网络中传输的数据通常包含敏感信息，保证 网络的安全性对于某些应用非常重要。使用加密算法对数据进行加密，
限制节点的访问权限，以及检测和防范网络攻击是提高网络安全的关 键手段。 5. 数据处理和存储：无线传感器网络通常需要处理和存储大量的数据。合理的数据处理和存储机制可以提高网络的性能和可靠性。例如，可以使用数据压缩算法减少数据传输量，采用分布式存储机制提高数 据可靠性。 综上所述，无线传感器网络设计需要考虑节点布局、路由协议、能 耗管理、安全性以及数据处理和存储等方面。合理地选择和配置这些 要素可以提高无线传感器网络的性能和可靠性，从而满足各种应用的 要求。
无线传感器网络路由协议 摘要：本文在简要地介绍了无线传感器网络体系结构的基础上，研究了当前主要的几种无线传感器网络路由协议模型，并进行了比较分析。 引言 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(WSN)逐渐成为学术界的研究热点问题。美国商业周刊和MIT技术评论在预测未来技术发展的报告中，分别将无线传感器网络列为21世纪最有影响的技术和改变世界的技术之一。与传统无线通讯网络Ad Hoc网络相比，WSN的自组织性、动态性、可靠性和以数据为中心等特点，使其可以应用到人员无法到达的地方，比如战场，沙漠等。因此，可以断定未来的无线传感器网络将有更为广泛的前景。 无线传感器网络体系结构 无线传感器网络体系结构[1]如图1所示,传感器网络通常包括传感器节点，汇聚节点和管理节点。传感器节点任意的分布在某一监测区域内，节点以自组织的形式构成网络，通过多跳中继方式将监测数据传送到汇聚节点，最后通过Internet或其他网络通讯方式将监测信息传送到管理节点。同样的，用户可以通过管理节点进行命令的发布，告知传感器节点收集监测信息。 图1 无线传感器网络体系结构图 传感器节点是一个具有信息收集和处理能力的微系统，集成了传感器模块、信息处理模块、无线通讯模块和能量供应模块。其结构体系如图2所示。
图2 传感器节点体系结构 传感器模块负责监测区域内信息的采集和转换，信息处理模块负责管理整个传感器节点、存储和处理自身采集的数据或者其他节点发送来的数据，无线通讯模块负责与其他传感器节点进行通讯，能量供应模块负责对整个传感器网络的运行进行能量的供应。 传感器节点能量的供应是采用电池，节点能量有限，考虑尽可能的延长整个传感器网络的生命周期，在设计传感器节点时，保证能量供应的持续性是一个重要的设计原则。传感器节点能量消耗的模块主要是包括传感器模块、信息处理模块和无线通讯模块，而绝大部分的能量消耗是集中在无线通讯模块上，约占整个传感器节点能量消耗的80%。因此，目前提出的传感器节点通讯路由协议主要是围绕着减少能量消耗延长网络生命周期而进行设计的。 在无线传感器网络中，路由协议不仅关心单个节点的能量消耗，更关心整个网能量的均衡消耗，这样才能延长整个网络的生存期。同时，无线传感器网络是以数据为中心的，这在路由协议中表现的最为突出，每个节点没有必要采用全网统一的编址，选择路径可以不用根据节点的编址，更多的是根据感兴趣的数据建立数据源到汇聚节点之间的转发路径。目前提出了很多类型的传感器网络路由协议，就是基于上述的目的。 无线通讯网络路由协议 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(QoS)上，而无线传感器节点是随机分布，电池供电，因此目前无线传感器网络路由协议的研究重点是放在如何提高能量效率上，当前流行的几个无线传感器网络的路由协议如下： 泛洪协议 泛洪(Flooding)协议[2]是一种传统的无线通讯路由协议。该协议规定，每个节点接受来自其他节点的信息，并以广播的形式发送给其他邻居节点。如此继续下去，最后将信息数据发送给目的节点。但这个协议容易引起信息的“内爆”(Implosion)和“重叠”(Overlap),造成资源的浪费。因此在泛洪协议的基础上，提出了闲聊(Gossiping)协议。 Gossiping协议 Gossiping协议[6]是在泛洪协议的基础上进行改进而提出的。它传播信息的途径是通过随机的选择一个邻居节点，获得信息的邻居节点以同样的方式随机的选择下一个节点进行信息的传递。这种方式避免了以广播形式进行信息传播的能量消耗，但其代价是延长了信息的传递时间。虽然Gossiping协议在一定程度上解决了信息的内爆，但是仍然存在信息的重叠现象。 SPIN协议 SPIN(Sensor Protocol for Information via Negotiation)协议[7]是一种以数据为中心的自适应路由协议。SPIN协议的目的是：通过节点之间的协商，解决Flooding协议和Gossiping 协议的内爆和重叠现象。SPIN协议有3种类型的消息，即ADC、REQ和DA TA。
无线传感器网络中的数据传输协议 无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）是一种由大量分布在特定 区域内的无线传感器节点组成的网络。这些节点可以通过无线通信互相连接，实现数据的采集、处理和传输。在WSN中，数据传输协议是保证网络正常运行和数据 传输可靠性的关键。 一、数据传输协议的重要性 数据传输协议在WSN中起着桥梁的作用，它负责节点之间的通信，决定了数 据的传输方式、传输速率和可靠性。一个优秀的数据传输协议能够提高网络的性能，降低能耗，并保证数据的准确性和可靠性。因此，选择合适的数据传输协议对于WSN的应用至关重要。 二、常见的数据传输协议 1. 无线传感器网络协议栈 无线传感器网络协议栈是WSN中常用的协议体系结构，它包括物理层、数据 链路层、网络层和应用层。物理层负责无线信号的传输和接收，数据链路层负责节点之间的数据帧传输，网络层负责路由选择和网络拓扑管理，应用层负责数据的采集和处理。通过协议栈的层次化结构，能够更好地管理和控制WSN中的数据传输。 2. 低功耗广域网（Low Power Wide Area Network，LPWAN） LPWAN是一种适用于大规模无线传感器网络的数据传输协议，它具有低功耗、长传输距离和高可靠性的特点。LPWAN可以通过优化传输协议和网络拓扑结构， 实现低功耗和长寿命的无线传感器网络。目前，LPWAN已经成为物联网领域的热 门技术，被广泛应用于智能城市、农业监测等领域。 3. ZigBee协议
ZigBee是一种基于IEEE 802.15.4标准的无线传感器网络协议，它具有低功耗、低数据传输速率和低成本的特点。ZigBee协议适用于小范围的无线传感器网络， 如家庭自动化、智能电网等领域。它通过建立星型或网状的拓扑结构，实现节点之间的通信和数据传输。 4. 6LoWPAN协议 6LoWPAN是一种适用于IPv6的低功耗无线传感器网络协议。它通过压缩 IPv6数据包和优化传输协议，实现在无线传感器网络中传输IPv6数据。6LoWPAN 协议可以将WSN与互联网相连接，实现无缝的数据传输和互联互通。 三、数据传输协议的优化和改进 为了提高无线传感器网络的性能和能耗效率，研究人员提出了许多优化和改进 的方法。例如，基于能量感知的路由协议（Energy-Aware Routing Protocol）可以根据节点的能量状态选择合适的路由路径，减少能耗和延迟。另外，基于信号传播模型的链路质量估计方法（Link Quality Estimation）可以提高数据传输的可靠性和稳 定性。此外，还有许多基于网络编码、分簇和多路径传输等技术的改进方法，都能够有效提高无线传感器网络的性能和可靠性。 综上所述，无线传感器网络中的数据传输协议是保证网络正常运行和数据传输 可靠性的关键。选择合适的数据传输协议能够提高网络的性能，降低能耗，并保证数据的准确性和可靠性。常见的数据传输协议包括无线传感器网络协议栈、LPWAN、ZigBee和6LoWPAN等。此外，研究人员还提出了许多优化和改进的方法，以提高无线传感器网络的性能和能耗效率。随着物联网的快速发展，无线传感器网络的数据传输协议将会面临更多的挑战和机遇。
无线传感器网络的通信协议选择与配置 无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）是一种由大量分布在空间中的无线传感器节点组成的网络系统。这些节点可以感知环境中的各种信息，并通过无线通信协议将数据传输到网络中心。在构建无线传感器网络时，选择合适的通信协议并进行适当的配置是非常重要的。 一、通信协议选择 在选择无线传感器网络的通信协议时，需要考虑以下几个因素： 1. 能耗：无线传感器网络通常由大量的节点组成，这些节点通常由电池供电。因此，通信协议的能耗是一个重要的考虑因素。低功耗的通信协议可以延长节点的电池寿命，提高网络的可靠性。 2. 传输距离：无线传感器网络通常应用于广泛的环境中，节点之间的距离可能相差很大。因此，通信协议需要具备足够的传输距离，以保证节点之间的通信。 3. 数据传输速率：不同的应用场景对数据传输速率的要求也不同。一些应用场景需要高速的数据传输，而另一些场景则对传输速率要求不高。因此，在选择通信协议时，需要根据具体的应用需求来确定合适的传输速率。 4. 网络拓扑结构：无线传感器网络的拓扑结构通常是分布式的，节点之间的连接方式多种多样。通信协议应能适应不同的拓扑结构，并具备较好的网络容错性。 根据以上因素，目前常用的无线传感器网络通信协议主要包括以下几种： 1. ZigBee：ZigBee是一种低功耗的无线通信协议，适用于大规模的无线传感器网络。它具备较低的能耗和较长的传输距离，可以满足大部分应用场景的需求。
2. Bluetooth：Bluetooth是一种短距离无线通信协议，适用于小规模的无线传感 器网络。它具备较高的传输速率和较短的传输距离，适合于一些对实时性要求较高的应用场景。 3. Wi-Fi：Wi-Fi是一种高速无线通信协议，适用于对传输速率有较高要求的应 用场景。然而，由于其较高的能耗和较短的传输距离，Wi-Fi在无线传感器网络中 的应用相对较少。 二、通信协议配置 在选择了合适的通信协议后，还需要对通信协议进行适当的配置，以满足具体 的应用需求。通信协议的配置主要包括以下几个方面： 1. 路由协议：路由协议是无线传感器网络中实现节点之间通信的关键。根据网 络的拓扑结构和应用需求，选择合适的路由协议，并进行相应的配置。 2. 数据压缩与编码：无线传感器网络中产生的数据通常较大，传输过程中需要 进行压缩和编码，以减少数据传输的能耗和延迟。选择合适的数据压缩和编码算法，并进行相应的配置。 3. 安全机制：由于无线传感器网络通常应用于一些敏感的领域，如军事和环境 监测等，网络的安全性是非常重要的。选择合适的安全机制，并进行相应的配置，以保障网络的安全性。 4. 传输协议：选择合适的传输协议，并进行相应的配置，以满足应用场景对传 输速率和能耗的要求。 总结起来，无线传感器网络的通信协议选择与配置是构建一个高效可靠的网络 系统的重要环节。在选择通信协议时，需要考虑能耗、传输距离、数据传输速率和网络拓扑结构等因素。在配置通信协议时，需要关注路由协议、数据压缩与编码、安全机制和传输协议等方面。通过合理选择和配置通信协议，可以提高无线传感器网络的性能和可靠性，满足不同应用场景的需求。
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： 1.寻找源节点和目的节点间的优化路径。 2.将数据分组沿着优化路径正确转发。 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构造的信息，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根底上选择适宜路径。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异很大，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的一个根本问题。 （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，逻辑构造时平面构造，节点间地位平等，通过局部操作和反响信息来生成路由。当会聚点向*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展描述。平面路由的优点是构造简单、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响速度较慢。其中典型的平面路由协议有以下几种： 1.1.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构造和相关路由的计算，仅要求承受到信息的节点以播送形式转发数据包。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；存在局部重叠，如果相邻节点同时对*件事作出反响，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。 为克制Flooding算法这些固有的缺陷，S.Hedetniemi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播送形式，而是随机选取一个相邻节点转发它接收到的数据副本〔防止了消息爆炸的结果〕。
无线传感器网络中的路由协议选择原则 随着技术的发展，无线传感器网络已经成为了当今热门的研究 领域之一，逐渐应用到了各种监测和控制领域中。在无线传感器 网络中，路由协议的选择是十分关键的，对于网络的性能和节点 的能耗有非常重要的影响。因此，本文将介绍一些无线传感器网 络中路由协议选择的原则。 一、路由协议的分类与特点 在无线传感器网络中，路由协议一般分为两类：平面和分层。 1. 平面路由协议 平面路由协议使用无层次的路由方案，使用相同的协议层次来 协调路由过程。常见的平面路由协议有LEACH、PEGASIS等。 它们都具有低能耗、低成本、易于实现等优点，但是其网络容量、数据传输速率和网络拓扑结构都不够灵活。 2. 分层路由协议 分层路由协议则使用层次化的路由方案，通过将网络分成不同 的层次来提高路由效率。常见的分层路由协议有EAR、TEEN等。它们具有设备节点灵活性、路由效率高等优点，但是更为复杂， 需要更高的计算能力。
以上是两种常见的路由协议，不同的协议适用的场景也有所不同。 二、路由协议选择的原则 1. 针对应用场景选择路由协议 嵌入式系统的特点为资源受限，因此在选择路由协议的时候需要根据应用场景选择合适的协议。如对于一些时间敏感的应用，需要更加稳定和快速的路由协议。而对于延迟不敏感的应用则可以使用较为灵活、简单的路由协议。 2. 适配节点和网络 在选择协议的过程中，需要考虑到设备本身的硬件资源特性和网络的通信环境特点。设备的处理器性能、存储容量、电量以及通信范围等都会影响协议的选择。而网络的拓扑结构、通信质量和网络规模等则会影响分布式算法的设计和协议的选择。 3. 学习不同协议的特点 不同的路由协议有不同的优缺点，需要具体问题具体分析。研究人员可以通过对不同的路由协议进行分析，了解其特点和适用范围，从而选择最适合自己需要的协议。 4. 充分考虑能耗和性能
无线传感器网络中路由算法的比较与优化 一、引言 随着无线传感器网络技术的发展，越来越多的应用场景需要使 用这种技术来实现物体的联网和数据的传递。在这样的无线传感 器网络中，路由协议起到至关重要的作用，决定了节点之间通信 的效率和稳定性。本文将介绍无线传感器网络中常见的路由协议，比较它们的特点，探讨优化途径。 二、传统路由协议 1.距离向量路由协议(Distance Vector Routing Protocol, DvRP) DvRP是路由协议的一种，被广泛地应用于TCP/IP网络中，其 算法是基于贝尔曼-福德算法（Bell-Ford算法）的。该算法以每个 节点到网络中其它节点的最短距离为依据，将网络拓扑和链路信 息以一个向量的形式记录在每个节点中。当网络中某一节点与其 它节点通信时，它向周围节点广播一个包含距离向量的信息，其 他节点按照自身的距离向量更新自己的转发表。由DvRP算法计 算出来的路由表信息会不断地更新和改变，直到收敛至最佳状态。 2.链路状态路由协议(Link State Routing Protocol, LsRP) LsRP是另一种常用的路由协议，其优点在于适应于网络中有 大量的链路变化，能够更精准地计算出路由信息。每个节点都会 向周围节点发送一个链路状态包含网络拓扑和链路信息的数据包，
通过集中的算法处理得到最优路由信息。LsRP需要每个节点维护的信息量较大，计算开销非常高，它需要等待整个网络的状态收敛。 三、优化策略 1.基于贪心算法的路由算法优化 在无线传感器网络中，由于网络拓扑经常发生变化，传统的DvRP和LsRP算法不能够完全满足要求。因此，一些基于贪心算法的路由算法在无线传感器网络中得到了广泛的应用。与计算机网络中的路由算法不同，基于贪心算法的路由算法更加关注路由路径的长度，减少了算法的计算开销，同时也可以减轻网络的负担。 2.兼顾跳数和跳长的路由算法 大部分无线传感器网络中的路由算法都是基于贪心的，通过选择距离目标节点最近的节点来进行数据传递，但是由于距离的短并不意味着它是最优路径，所以有研究提出了一种兼顾跳数和跳长的路由算法。该算法考虑了非直连节点之间的信号传输质量，选择一条既短距离又质量可靠的路径，既可以减少跳数，也可以保证数据包传输的质量。 四、结论
试析DTN网络中的路由协议及其评估 DTN (Delay Tolerant Networking)网络是一种针对延迟高、连通性低、运营成本高等特点的无线传感器网络，因此，传统的TCP/IP网络协议并不适用。DTN网络中，由于存在间歇性的连接和离线状态，因此需要推出适合DTN网络的路由协议。本文将对DTN网络中的路由协议及其评估进行分析。 一、DTN网络的路由协议 DTN网络中，路由协议的主要目的是最大化数据的投递率并保证数据的传输效率。目前，DTN网络中的路由协议主要包括以下四种类型： 1. 基于“存储转发”模型的路由协议 基于“存储转发”模型的路由协议是最常用的一种。在“存储转发”模型中，网络节点缓存所有接收到的数据并在码头区域等待潜在的下一个节点。当下一个节点准备好接收数据时，之前滞留的数据将被转发。 2. 基于“选择性重派”模型的路由协议 基于“选择性重派”模型的路由协议是一种考虑网络拓扑的路由协议。在基于“选择性重派”模型的路由协议中，网络节点会根据相关算法选择可送达的下一个节点并对特定的包进行优化。 3. 基于“预测下一跳”模型的路由协议
基于“预测下一跳”模型的路由协议实现了随着时间变化的适应性。这种路由协议利用DTN网络单独节点的历史记录预测下 一跳将被选择的概率，并使用这些概率来最大化数据的传递率。 4. 基于“异构网络”模型的路由协议 在DTN网络中，经常涉及异构网络，这种网络中，不同网络 有不同的拓扑分布方式和通信协议。因此，针对异构网络的路由协议需要考虑多种网络拓扑并运用匹配算法。 二、DTN网络的路由协议评估 DTN网络的路由协议评估常常基于三个参数：传递率、交付 延迟和网络开销。传递率指协议能传递的数据量，交付延迟指数据从发出到接收所需的时间，而网络开销则表示在网络中移动数据所需的成本。 评估DTN网络中路由协议的方式可以通过仿真、实际测试和 理论分析三种方法。其中，仿真和实际测试是评估网络协议的最佳方式，而理论分析则是实践的补充方式。 三、结论 DTN网络中的路由协议是对传统协议的改进和创新，可以有 效地解决DTN网络中数据传输的问题。针对不同的需求，可 以采用各种协议模型进行路由协议的设计。但是，这些协议模型的评估需要考虑多种参数，根据实际应用需求进行评估。同
无线传感器网络设计原则 无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）是一种由大量 分布在环境中的无线传感器节点组成的网络。这些节点能够通过无线 通信方式自组织、协同工作，收集和传输环境中的各种信息。在设计 无线传感器网络时，需要遵循一些原则，以确保网络能够有效地运行 并满足特定的需求。本文将介绍一些常用的无线传感器网络设计原则。 一、能耗优化原则 在无线传感器网络设计中，能耗优化是一个非常重要的原则。由于 无线传感器节点的能源通常非常有限，因此需要采取一些策略来最大 程度地延长节点的使用寿命。以下是一些常用的能耗优化原则： 1. **低功耗设计**：节点应采用低功耗的硬件设计，如低功耗处理器、低功耗传感器等。节点在不活跃状态下应尽量进入休眠模式，以 降低功耗。 2. **数据压缩与聚合**：传感器节点可以对收集到的数据进行压缩 和聚合，减少无线通信的次数和能耗。将相似的数据进行聚合后，只 发送一个汇总的数据包。 3. **自适应通信协议**：采用自适应通信协议可以根据当前网络环 境和节点能量状态来调整通信参数，如发送功率、通信距离等，从而 降低能耗。 二、网络拓扑优化原则
无线传感器网络的拓扑结构对其性能具有重要影响。良好的网络拓扑可以提高网络的覆盖范围、数据传输效率等。以下是一些常用的网络拓扑优化原则： 1. **分簇结构**：将传感器节点划分为多个簇，每个簇有一个簇头负责数据收集和传输。这样可以减少无线通信的距离，降低能耗，并方便网络管理和维护。 2. **多路径传输**：为了增强网络的鲁棒性和可靠性，可以采用多路径传输的方式。即数据可以通过多条不同路径传输到目的地，减少单点故障的影响。 3. **自组织网络**：无线传感器网络应具备自组织能力，能够根据节点的加入和离开自动重构网络拓扑结构。这有利于网络的动态扩展和维护。 三、安全和隐私保护原则 无线传感器网络通常用于收集和传输敏感的环境信息，因此安全和隐私保护是设计中必须考虑的原则。以下是一些常用的安全和隐私保护原则： 1. **加密和认证**：传感器节点之间的通信应采用加密算法和认证机制，防止数据被非法篡改和窃取。 2. **密钥管理**：为了确保通信的安全性，需要对密钥进行有效的管理，包括生成、分发、更新和撤销等操作。