无线传感器网络多路径路由协议研究

第２２卷第４５］　Ｎｏ．４　Ｖｏ１．２２　内江师范学院学报　ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＮＥＩＪＩＡＮＧ　ＴＥＡＣＨＥＲＳ　ＣＯＬＬＥＧＥ　・４７・　

无线传感器网络跨层路由协议研究　

曾　劲　松　

（内江师范学院教务处，　四川　内江　６４１１１２）　

摘　要：近年来，伴随着无线传感器网络在军事、环境监测等领域所取得的成就，无线传感器网络已经成为科　

技领域研究的重要课题之一．由于无线传感器网络一些新的特点，传统的路由协议并不适用于无线传感器网络中．　

针对这些新特点，许多基于跨层设计的路由协议相继被提出．按照跨层设计的思想对无线传感器网络的路由协议　

进行划分，并进行了比较与分析．在对现有协议研究分析的基础上，进一步指出了无线传感器网络中跨层路由设计　

的一些新思路．　

关键词：无线传感器网络；路由协议；跨层设计　

中图分类号：ＴＰ３９３　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７１—１　７８５（２００７）一００４７—０３　

无线传感器综合了传感器技术、嵌人式计算技术、现　

代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等，能通过　

各类微型传感器协作地进行实时监测、感知、采集各种监　

测对象的信息，这些信息又通过无线方式被传送，最终以　自组多跳的网络方式传送到终端Ｌ１］．由于无线传感器不需　

要固定网络支持，具有快速展开、抗毁性强等特点，所以在　

应用上，无线传感器网络与普通网络有着显著的区别，其　

中最大的差别就是节点的能量问题．在无线传感器网络　

中，节点能量有限且一般没有能量补充，因此路由协议需　

要高效利用能量，同时传感器网络节点数目往往很大，节　

点只能获取局部拓扑结构信息，路由协议要能在局部网络　

信息的基础上选择合适的路径．另外传感器网络具有很强　

的应用相关性，不同应用中的路由协议可能差别很大，没　

有一个通用的路由协议，再加上传感器网络的路由机制还　

经常与数据融合技术联系在一起，通过减少通信量来节省　

能量．因此传统网络的路由协议不适用于无线传感器网络．　

第６卷第２０期２００６年１０月　

１６７１—１８１５　ｆ　２ＯＯ６）２０—３２９　—０８　科学技术与工程　

Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｖｏ１．６　Ｎｏ．２０　Ｏｃｔ．２００６　

⑥　２００６　Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈ．Ｅｎｇｎｇ．　

基于数据聚合的无线传感器网络多径　

路由算法研究　

李　羿　李军义ｐ黄铎　

（湖南大学软件学院，计算机与通信学院　，长沙４１００８２；创智信息技术有限公司ｚ，深圳５１８０５７）　

摘要　由于传感器网络具有严格的资源限制、低速数据传输率及多对一的通信模式等独特的特征，传统用于无线移动自主　网Ａｄ—ｈｏｃ的路由协议通常不能直接应用于该类网络；尤其是针对节点数目庞大的传感网，要处理的传感数据量大，在设计路由　算法时必须保证其能效较高、能耗及负载均衡，以最大限度地延长整个网络的生命周期。结合数据中心及多路径路由特征，提出　了一种基于数据聚合的多径路由算法。新算法不仅能在路由过程中实现能耗及负载均衡，而且能有效地消除数据冗余。理论分　析和实验表明，该算法在节省能耗等方面具有一定的优势。　关键词无线传感器网络　数据聚合　能量有效　多径路由　中图法分类号ＴＰ３９３．０３；　文献标识码Ａ　

低成本的集信息传感、数据处理、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ　

Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ）定位及网络通信功能于一体的传　

感器在环境与军事监控，地震与气候预测，地下、深　

水以及外层空间探索等许多方面都具有广泛应用　

前景［１－３］。而外界环境的不确定性经常导致需要布　

置成百上千个传感器协同工作；因此对由大规模传　

感器节点构成的传感器网络（Ｓｅｎｓｏｒ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）的研　

究正引起研究人员的广泛关注，并被认为是本世纪　

一项挑战性的研究课题…。　

作为一种新型无线网络，与传统无线网络相　

比，传感器网络具有以下特性：（１）节点分布稠密，　

数量成百上千；（２）节点一般无人照管，能量有限且　

传感器网络中的多路径路由算法研究

随着物联网的发展，传感器网络被广泛应用于智能家居、智慧城市等领域。传感器网络中的多路径路由算法是一种重要的网络优化技术，可以提高网络的性能和可靠性。本文将就传感器网络中的多路径路由算法进行深入探讨，分析其实现原理、优缺点及应用前景。

一、多路径路由算法的基本原理

在传感器网络中，节点之间的通信是通过多跳方式实现的。路由算法就是为了寻找最优的多跳路径来实现节点之间的通信，从而保证数据的高效、高速传输。多路径路由算法是一种改良的路由协议，其主要思想是，针对源节点、目标节点，提供多条不同的通信路径，当某条路径出现故障的时候，能够自动选择其他路径，从而保证数据传输的流畅性和可靠性。

实现多路径路由算法的关键在于节点的选择，具体来讲有以下几个步骤：

（1）拓扑发现

在开始进行多路径路由之前，首先要进行拓扑发现，找到所有与目标节点相连的所有节点。这个过程可以采用广播的方式进行。

（2）路径选择 找到相邻节点之后，需要选择最佳的路径进行传输。这里通常采用贪心或遗传算法进行路径选择，选出路径时要考虑到路径的质量、稳定性、长度等因素。

（3）数据传输

选定路径之后，就可以进行数据传输。根据路径选择的特点，数据包将通过多条路径进行传输，这样可以避免单一路径故障引起的数据传输中断问题。

（4）监测路径

在数据传输过程中，需要不断监测各个路径的状况，观察各条路径是否有中断或者拥塞等问题发生，从而选择最佳路径。

二、多路径路由算法的优缺点

多路径路由算法与传统路由算法相比，具有以下优点：

（1）提高网络质量

多路径路由算法可以同时利用多条路径传输数据，从而提高网络的质量和可靠度。在某些情况下，它还可以避免网络中单一节点故障引起的数据传输中断问题。

（2）提高网络吞吐量

多路径路由算法可以在网络传输高峰期提高网络的吞吐量，实现更高效的数据传输速度。 （3）降低网络时延

通过同时使用多条路径，多路径路由算法可以减少网络时延，从而使得网络传输更快更稳定。

无线传感器网络中的多路径传输算法研究

1. 引言

无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）是由大量分布式传感器节点组成的网络，用于对环境进行实时监测和数据采集。传感器节点之间通过无线信号进行通信，从而实现数据的传输与共享。在传感器网络中，数据传输的可靠性和效率是至关重要的。然而，由于信号传输容易受到干扰、信号传输距离有限等限制，单一路径的数据传输可能面临诸多问题，因此研究并应用多路径传输算法具有重要意义。

2. 多路径传输算法的意义与优势

多路径传输算法通过在传感器网络中选择多个合适的路径来进行数据传输，以提高数据传输的可靠性和效率。其优势主要体现在以下几个方面：

（1）提高数据传输的可靠性：通过多路径传输，即使其中某条路径存在信号干扰或链路中断等问题，仍可以通过其他路径进行数据的传输，从而提高数据传输的可靠性和鲁棒性。

（2）提高数据传输的效率：多路径传输允许同时通过多条路径进行数据传输，有效地提高了数据传输的带宽利用率，从而提高数据传输的效率。 （3）增加网络容量：多路径传输可以将数据分散在多条路径上进行传输，从而减少单条路径上的数据量，降低网络负载，增加网络的传输容量。

3. 多路径传输算法的实现与应用

（1）路径选择算法：多路径传输中的核心是选择合适的路径进行数据传输。传统的路径选择算法主要包括最短路径算法、最优路径算法等。最短路径算法主要基于网络拓扑结构，通过计算节点之间的距离来选择最短路径进行数据传输；而最优路径算法则根据网络的实时状态信息，如信号强度、链路负载等来选择最优的路径。近年来，还出现了一些基于机器学习和深度学习的路径选择算法，通过训练模型来选择最优路径，具有较好的性能。

（2）传输协议优化：为了实现多路径传输，需要在传感器网络中设计相应的传输协议，以支持多路径的数据传输。传输协议优化主要包括网络拥塞控制、数据分发与接收等方面。在网络拥塞控制方面，可以使用拥塞避免算法或拥塞控制算法来控制数据的传输速率；数据分发与接收则需要设计相应的路由协议和数据缓存机制，以保证数据能够正确地传输和接收。