无线传感器网络通信与路由研究

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无线传感器网络实验报告

一、实验背景随着物联网技术的飞速发展，无线传感器网络（Wireless Sensor Networks，WSN）作为一种重要的信息获取和传输手段，在军事、环境监测、智能交通、智能家居等领域得到了广泛应用。

为了深入了解无线传感器网络的工作原理和关键技术，我们进行了本次实验。

二、实验目的1. 熟悉无线传感器网络的基本概念和组成；2. 掌握无线传感器网络的通信协议和拓扑结构；3. 熟悉无线传感器网络的编程与调试方法；4. 通过实验，提高动手能力和实践能力。

三、实验内容1. 无线传感器网络概述无线传感器网络由传感器节点、汇聚节点和终端节点组成。

传感器节点负责感知环境信息，汇聚节点负责收集和转发数据，终端节点负责处理和显示数据。

传感器节点通常由微控制器、传感器、无线通信模块和电源模块组成。

2. 无线传感器网络通信协议无线传感器网络的通信协议主要包括物理层、数据链路层和网络层。

物理层负责无线信号的传输，数据链路层负责数据的可靠传输，网络层负责数据路由和传输。

3. 无线传感器网络拓扑结构无线传感器网络的拓扑结构主要有星形、树形、网状和混合形等。

星形拓扑结构简单，但易受中心节点故障影响；树形拓扑结构具有较高的路由效率，但节点间距离较长；网状拓扑结构具有较高的可靠性和路由效率，但节点间距离较远。

4. 无线传感器网络编程与调试本实验采用ZigBee模块作为无线通信模块，利用IAR Embedded WorkBench开发环境进行编程。

实验内容如下：（1）编写传感器节点程序，实现数据的采集和发送；（2）编写汇聚节点程序，实现数据的收集、处理和转发；（3）编写终端节点程序，实现数据的接收和显示。

5. 实验步骤（1）搭建实验平台，包括传感器节点、汇聚节点和终端节点；（2）编写传感器节点程序，实现数据的采集和发送；（3）编写汇聚节点程序，实现数据的收集、处理和转发；（4）编写终端节点程序，实现数据的接收和显示；（5）调试程序，确保各节点间通信正常；（6）观察实验结果，分析实验现象。

无线传感器网络路由协议研究进展

无线传感器网络路由协议研究进展摘要在无线传感器网络体系结构中，网络层的路由技术至关重要。

在介绍无线传感器网络的特点后，对现有的无线传感器网络路由协议进行了分类，然后着重分析了一些有代表性的路由协议的路由机制，并指出了这些协议的优缺点和应用范围。

最后结合该领域当前研究现状，指出了路由协议未来的研究策略与发展趋势。

关键词无线传感器网路；路由协议；路由分类；路由机制中图分类号tn8 文献标识码a 文章编号 1674-6708（2011）35-0173-030 引言随着微电子技术，无线通讯与传感技术的发展，无线传感器网络[1]（wireless sensor networks， wsns）引起了人们广泛的关注。

wsns是由部署在监测区域内的大量廉价微型传感器节点组成，通过无线通讯方式形成的一个多跳的自组织的网络系统。

wsns不需要固定网络支持，在军事国防，生物医疗，环境监测及智能家居等领域具有广阔的应用前景[2]。

作为一种新型的无线自组网络，无线传感器网络与传统的移动自组织网络（mobile ad hoc networks，manet）有着明显的差异，主要体现在：1）wsns节点不移动或很少移动，而manet节点移动性强；2）wsns络旨在收集信息，而manet则倾向于分布式计算和端到端通信；3）wsns节点的能量、存储空间和计算能力有限；4）wsns节点通讯高能耗，数据计算低能耗，节点会因能量耗尽而失效；5）wsns节点数量更大，分布范围更广，节点没有统一编址，节点之间通过广播、多跳通信方式进行数据交换；6）wsns节点产生的数据具有较大的冗余度；这些差异使得manets路由协议不适合直接运用到wsns中，需要结合wsns的特点对其进行改进，提出新的路由协议。

本文对当前较为典型的路由协议进行了分类和总结，指出了路由协议将来发展的趋势，目的在于为路由协议的进一步研究作参考。

1 传感器网络路由协议分类研究近几年，人们提出多种基于不同应用目标的路由协议，并根据不同的应用对路由进行了分类研究与比较[3，4]。

无线传感器网络的路由协议设计与优化

无线传感器网络的路由协议设计与优化随着科技的不断进步，无线传感器网络的应用也得到了越来越广泛的应用，例如环境监测、能源管理、安全监测等领域。

因为无线传感器节点具有无线通信、自主性和智能化等特点，可以在复杂、动态和恶劣的环境中完成数据采集和传输。

但是，由于无线传感器节点不具备很强的计算能力和电力，因此设计一种高效的路由协议对于无线传感器网络的性能提升非常重要。

本文将探讨无线传感器网络的路由协议设计和优化。

一、无线传感器网络的路由协议分类在无线传感器网络中，路由协议是传感器节点之间数据传输的关键。

目前常见的无线传感器网络路由协议主要有以下几种类型：1. 基于跳数的路由协议：该路由协议常用于较小的无线传感器网络中，通过指定最短距离的方式将数据传输到目标节点，跳数末尾的节点即为目标节点，但这种协议容易受到动态环境的影响。

2. 基于质量的路由协议：该路由协议根据传感器节点之间信号的强度、质量和耗能等信息进行路径选择，在信号强度较低、干扰较严重的环境中表现出更好的性能。

3. 基于地理位置的路由协议：该路由协议通过传感器节点的位置信息，根据距离和几何形状选择最优路径，可以降低路由开销，并且易于实现。

二、无线传感器网络的路由协议优化为了提升无线传感器网络的性能，需要对路由协议进行优化。

下面列举了一些可行的优化策略：1. 简化路由协议：一些比较复杂的路由协议可能会使传感器节点的计算负载过重，这会导致路由延迟和能源消耗的增加。

因此，可以将协议简化，简化路由计算量，提高路由效率。

2. 优化路由协议算法：在路由协议设计过程中，可以采用一些高效的算法，如Dijkstra、A*和Ant Colony等算法优化路由协议算法，提升网络性能。

3. 均衡路由开销：如果一些节点的负载较高，则可能会导致能源消耗和延迟增加。

因此，在设计路由协议时，需要将负载均衡考虑进去，确保节点负载均衡，提高网络性能。

4. 路由选择干扰较低的路径：在信号干扰相对较高的环境中，选择干扰较低的路径可以降低数据传输误码率，从而提高无线传感器网络的性能。

无线传感器网络路由算法研究

无线传感器网络路由算法研究无线传感器网络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。

在无线传感器网络中，传感器节点通常具有有限的计算能力、存储容量和能源供应。

因此，为了最大限度地延长网络寿命并提高网络性能，路由算法成为无线传感器网络中的关键问题。

无线传感器网络的路由算法旨在选择适当的路径，以便从源节点将数据传输到目标节点。

考虑到网络拓扑结构的动态性、节点能量限制和数据传输的可靠性，研究者们提出了许多不同的路由算法。

下面将介绍几种常见的无线传感器网络路由算法。

首先是基于距离的路由算法。

这种算法根据节点之间的距离选择最短路径，以减少能量消耗和传输延迟。

例如，最短路径树算法使用Dijkstra算法来选择距离最短的路径。

然而，这种算法没有考虑到节点能量的不均匀分布和网络拓扑的动态变化。

其次是基于能量的路由算法。

这种算法考虑到节点能量的限制，以延长网络寿命。

例如，低能量自适应聚集层次（LEACH）算法将网络节点分为簇，并选择簇头负责数据传输，以降低能量消耗。

然而，这种算法可能导致网络不均匀负载和簇头节点能量过早耗尽的问题。

最后是基于拓扑的路由算法。

这种算法基于网络拓扑结构选择适当的路径。

例如，链路状态路由（LSR）算法使用节点之间的链路状态信息来选择最佳路径。

然而，这种算法需要大量的计算和存储资源，并且在网络规模较大时可能导致网络开销增加。

综上所述，无线传感器网络路由算法的研究是为了解决节点能量限制、网络拓扑动态性和数据传输可靠性等问题。

通过选择适当的路由算法，可以延长网络寿命、提高网络性能和可靠性。

然而，不同的路由算法适用于不同的应用场景，因此需要根据具体情况选择合适的算法。

未来的研究方向可能包括更高效的路由算法设计、考虑多种约束条件的综合优化算法等。

无线传感器网络安全路由研究

它具有传统网络不可比拟的优势，有着广阔的应用前景。另一方面，由于采用多跳路由机制，而且网络和节点资源都非常有限，使得其安全性很难保证，已成为阻碍其广泛应用的主要障碍。在ＷＳ中，Ｎ节点具有双重身份，既要完成感应和处理任务，又要完成路由功能。路由技术是ＷＳＮ的关键技术，由协议往往与特定的应用相结合。路常见的有基于查询的路由『、于簇的路由［和１基ｑ］４］基于位置的路由『，们一般假定网络中的节点５他］都是正常节点，相互合作完成数据转发，会在设计时并没有考虑到安全因素。事实上这种假设是不可靠的，于这种假设的路由常遭受各种攻击。目前，基虽然研究人员提出了许多安全防御措施，但路由安全并非是在已有的路由算法上简单地加人安全措施即可实现。因此，要对ＷＳ的安全路由技术进行需Ｎ
研究。
２ＷＳＮ路由面临的威胁
２１路由攻击者模型．
对ＷＳ路由安全的威胁可以从两个方面来考Ｎ虑『。一方面，７］从攻击者的能力考虑，节点级攻击有者和笔记本级攻击者两种。节点级攻击者一般只能在其紧邻区域内进行无线链路的拥塞和偷听等破坏，笔记本级攻击者则由于具有更加充足的电量而和功能更强大的计算与通信设施，够做更多的事能情。例如，一个笔记本级的攻击者可使用其强大的收发装置对整个网络进行拥塞或偷听。若两个或多个笔记本级的攻击者联合起来可以在攻击者之间形成高带宽、延迟的通信信道，ＷＳ低对Ｎ发起各种复

无线传感器网络的路由研究

信ｉｌＪ息科学研究
姜晶李凯
（中国电子科技集团第４研究所，９黑龙江哈尔滨１００）５０１
摘要：详细介绍了Ｚｇｅ无线协议的网络层规范，ｉｅＢ以及基本的概念，算法及组网过程，并利用Ｔ公司的Ｃ２２Ｚｇｅ开发套件，ＩＣ４０ｉｅＢ进行路由的建立和确认。关键词：无线个域网；ｉｅ协议；由算法ＺｇｅＢ路１概述ＭＴＪＩＩＧｅｕｓ原语才会从新设置ｍｃｓＩ－ＯＮＮ．ｑｅｔｒａＡ — ３．１路由成本近些年来在无线个域网（Ａ技术领域，ｓｉｉＰｒｉｗＰＮ）ｏａｏｅｔｅｔｎｍ属性值。其信息流程图如图２所在路由的发现和维护中，路由算法使用路径各种标准竞相发展。以自组织网络为代表的ｚｉ示：成本度量来进行路由比较。而链路或本则赋予了Ｂｅｅ技术正是在这种环境下应运而生的。它不需要每段路径成本度量，其和为路径成本。即如果把一高传输的带宽，但具有高通信效率，低复杂，低功组有序的设备【ｈＤＩ ……Ｄ腱义为长度为Ｌ的路）耗，低速率，低成本等诸多优点。ｚＢｅ在ｉｅ网络中ｇ径Ｐ而其中的一段链路【＋义为长度为２，Ｄ健的所有的设备都具有加入—个网络威离开—个网络子路径，则成本路径就可以表示为：Ｌ１的功能。ＺＢｅｉｅ协议的网络层不仅确保了基于ｇｃＰ＝∑ ｃ［ｉ＿］｛）｛，＋｝ＤＤ１ＩＥ８２５的ＭＣ子层正常操作，ＥＥ０．．１４Ａ同时提供给应用层—个合适的服务接口，为网络路由传输的其中，链路成本即Ｉ链路１１。的成本Ｃ１｛｝正常运行提供了安全保障。是取值在ｆ７围内的函数。它定义为：０随 … ２网络层的基本功能ｆ７２．１网络体系结构Ｚｇｅ有着高通信效率，ｉｅＢ低复杂，低功耗，低ｐｌ速率，低成本等诸多优。工作在２Ｇｚ．Ｈ免费频４其中，表示包在链路１Ｐ上传递的概率。。Ｐ可段，传输速率为２０ｂｓ５ｋｐ，传输距离约为７ｍ其组５。以根据一段时间内统计丢失帧的和来计算，也可网方式有三种：星形网络（ｔｒ，网状形网络Ｓａ）图２入网信息流程图以根据ＭＣ和ＰＹ提供的每帧平均ＬＩＡＨＱ估计（ｓ）Ｍｅｈ和簇形网络（ｌｓｒＴｅ）如图１Ｃｕｔｒｅ，ｅ所示：当网络中的设备允许一个新设备加入网络Ｐｌ０时，这两个设备就构成了从属关系。新加入的是从３．２基本路由算法设备，而第一个加入的是主设备。从设备通过当网络层接收的数据帧来自于上子层时，设。ＭＣＡ关联加入网络的过程是通过向网络层发送备会首先判定该数据帧是否为广播帧。如果是，网豫ｎ披蛳Ｉ嘶Ｍ麟】 ” ；１ＮＭＥＮＴＲ — ＩｃＥＹｕｓ原语来络层将通过使用ＭＰ — ＡＡｅｕｔＬ — ＥＷＯＫＤＳ０ｖＲ删ｅｔＣＳＤＴｘｑｓ原语向其他 ●Ｚ游媾髓格抖麝！黯峨¨ ０陆ｌ；Ｈ抖端．｝ ¨ ｝｛｛初始化。而协调器或路由器通过ＭＣＡ层关联把一设备转发该帆同时将广播帧发布到应用层进行处图１三种组网方式个设备加入到网络的过程是由ＭＣＡ层指示原语理；如果不是，网络层会通过比较帧目的地址与自在ＺｇｅｉＢｅ网络中，根据设备功能的不同，可ＭＭ — ＳＯＩＴ．ｄａｏ进行初始化的。协ＬＥＡＳＣＡＥｎｉｔｎｉｃｉ自己就是目标设备。若以把网络中的设备分为全功能设备（Ｆ）ＦＤ和简化调器或路由器把设备加入到网络的过程通过两个地址相等，则该备为中间设备，要继续进行帧功能设备（Ｆ）ＦＲＤ。ＦＤ可以作为网络协调者，它可ＮＭＥＤＲＣ —ＯＮｒｑｅｔＬ — ＩＥＴＪＩ．ｕｓ原语来初始化，ｅ收的转发，直到最终的目的地址。当具有路由能力的以与网络中任何设备进行通信，而ＲＤ只能与到此指示原语后，ＬＥＦＮＭ搜索是否有匹配的６位设备检查网络层帧头部分帧控制字段中发现路由４ＦＤ通信。Ｆ扩展地址，从而把设备直接成功加人网络中。子域，如果查找路径子域的值为ｏｏ，ｘ２设备将立即２网络的创建２２．３发送和接收数据帧启用路由发现过程；否则’ 将设备搜索其路由表．查Ｚｇｅ设备都具有两个基本功能，ｉｅＢ即加入网在当前相关的网络设备中可以通过发送帧找与帧目的地址相一致的记录项。如果存在这样络和离开网络。而协调器和路由器还应提供以下请求进行。网络层发送的数据帧需要按照网络帧个记录项且该记录项的路径状态域为ａｔｅｃｖ，ｉ则功能参与分配逻辑网络地址雏护邻近设备列表。的格式进行构造，并调用ＭＣＡ子层数据服务进行设备可利用ＭＰ — ＡＡｅｕｓ原语转发该帧。ＣＳＤＴ．ｑｅｔｒ首先应创建新网络，这个建立是由协调器发发送。构造的网络层帧可以是上层请求发送的新当转发一个数据帧时，ＣＳＤＴｘｑｅ原语ＭＰ — ＡＡｅｕｓｔ动并建立的。在创建新建的网络需要使用数据帧，也可以是新的网络层命令帧。网络层每构中的Ｓｃｄｒ０ｅ和ＤｔｄＭｄ参数值皆为ｒｄＭｄＡｓｄｏｅＡＮＬ — ＥＷＯＫＦＲＭＩＮｅｕｓ原语进造—个新的网络帧，ＭＥＮＴＲ — ＯＡＴＯｘｑｅｔ其序号就要加１将加１，后的Ｏ０，ｘ２即使用１位短地址。６源个域网ＳＰＮｄｒＡＩ与ｃ行初始化。只有是协调器、尚未加入到网络的全功信号直接插入网络帧由的序号字段位置。构造完目的个域网ＤｔＡＩ都应等于转发设备的ＭＣｓＮｄＰＡ能设备才能尝试创建—个新网络。而其它设备要成后还要按照安全套件进行安全处理。当接收数个域网ＩＤ属性值。源地址参数为转发设备的创建一个新网络过程，ＬＥ中止该过程并通据时，ＮＭ将设备就要打开接收机。每接收到—个数据帧ＭＣＡ短地址，目的地址参数则由路由中与目的表知上层，以表明这是—个非法的请求。时，网络帧头的字段就要相应的减１。如果其值为设备相应的记录项的下一跳地址域决定 “ 如果路当创建了新网络后，需要允许设备加入网０则在任何晴时，况下都不在转发该帧，而是将其由表中与目的地址相应的记录项的路径状态域为络。设备加入网络的过程是通过ＮＭ — Ｅ — 进行其它的处理。ＬＥＰＲ查找过程中说明，该帧路由查找已经被初始化” 通ＭＩ—ＯＮＮ．ｑｅｔＴＪＩＩＧｒｕｓ原语来初始化。ｅ只有协调器３路由的基本算法常网络中所有的非协调器设备都是协调器的后裔，或路由器才能允许其他设备加入网络。如果此过通常协调器和路由器应提供支持下列的路没有设备是终端设备的后裔 “ 对于路由器来说当程发生在终端设备上，ＮＭ将中止这个过程。由操作：则ＬＥ地址为Ａ，纵深为ｄ，时如果下列逻辑表达式成立，将ＮＭ — ＥＭＴＪＩＩＧｅｕｓ中的ＰｒＬＥＰＲＩ— ＯＮＮｘｑｅｔｅ — 玳表匕层转发数据帧则地址为Ｄ的目的设备即为它的—个后代设备：ｍｔｕｔｎｉｒｉ参数设置为００时，将ＭＣＰＢ的Ｄａｏｘ０ＡＩ弋表其它路由器转发数据帧Ａ＜Ｄ＜Ａ＋Ｃｋｐｄ一１ｓｉ（１ｃ．屙ｌ设为ＦＬＥ若此参数设置在０Ｏ～ｘ之生ＡＳ；ｘ１Ｏｆｅ为后面数据帧建立路由而参与路由发现若通过该逻辑表达式确定了目的设备为当间的值，则将ｍｃｓｃｔｎｅｉａＡｓｉｉＰｒｔｏａｏｍ设为ＴＵＲＥ并ｄ．代表终端参与路由发现前接收设备的后代，则下一跳的ｔ３ＯｋＮ为：＿ｅ参与端到端路由修复Ｎ＝Ｄ启动一个定时器，时满后ｍｃｓｃｔｎｅｉ计ａＡｓｉｉＰｒｔｏａｏｍ将重新设为 ��

物联网中的无线传感器网络路由优化研究

物联网中的无线传感器网络路由优化研究随着物联网技术的迅猛发展，无线传感器网络在各个领域的应用越来越广泛。

然而，由于无线传感器节点资源有限，以及网络拓扑变化频繁等原因，如何有效地优化无线传感器网络的路由成为一个重要的研究问题。

一、无线传感器网络的特点无线传感器网络由大量的无线传感器节点组成，这些节点分布在特定的区域中。

这些节点能够感知环境中的各种信息，并通过无线通信将这些信息传输到目标地点。

无线传感器网络具有以下几个特点：1. 自组织：无线传感器网络中的节点可以自动地组织成网络，无需人为干预。

节点之间通过无线通信协作完成数据传输任务。

2. 节点资源有限：无线传感器节点通常由电池供电，节点的能量、存储和计算能力都有限。

因此，在设计无线传感器网络路由时，需要考虑到节点资源的限制。

3. 网络拓扑动态变化：无线传感器网络中的节点通常是动态的，网络拓扑通过节点的移动而不断变化。

这对路由算法的设计提出了更高的要求。

二、无线传感器网络路由优化的意义无线传感器网络路由优化的目标是通过合理地选择传输路径，最大限度地节省能量、降低延迟，并保证网络的可靠性和稳定性。

路由优化可以提高网络的性能，延长节点寿命，并提高网络的适应性和扩展性。

三、无线传感器网络中的传统路由协议在无线传感器网络中，常用的传统路由协议有以下几种：1. LEACH（Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy）：这是一种基于分簇的路由协议，将传感器节点划分为若干簇，每个簇由一个簇头节点负责，通过簇头节点将数据传输到基站。

2. AODV（Ad-hoc On Demand Distance Vector）：这是一种基于距离向量的路由协议，通过维护路由表和请求-应答的方式实现数据传输。

3. DSR（Dynamic Source Routing）：这是一种基于源路由的路由协议，数据包中包含完整的传输路径信息，通过多跳方式将数据传输到目标地点。

无线传感器网络路由协议研究分析

无线传感器网络（ＮБайду номын сангаас ｒｌｓＳｎｏＮｔｏｋ是由部署ＷＳＷｉｅｅｓｒｅｒ）ｅｓｗ
（）多跳路由。节点通信能力有限，５节点只能与它的邻节点直接通信。如果希望与其射频覆盖范围之外的节点通信，则需要通过中间节点进行路由。ＷＳＮ中的多跳路由通过普通节点实现，每个节点既是信息的发起者，也是信息的转发者。
刘兆伟杨波张远王玉龙
ＷＡＮＧｕ —ｌｎＹｏｇ
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ＬＵＺｈｏ—ｗｉＹＮＧＢｏＺＡＮＧＹａＩａｅＡＨｕｎ
ＡｂｔａｔＴａｉｏａｏｔｇａｇｒｔｍｓｃｎｏａｉｆｈｐｃｆｅｔｒｓｏｉｌｓｅｓｒｎｔｒｓｓｒｃｒｄｔｎｌｒｕｉｌｏｉｉｎｈａｎｔｓｔｙｔｅｓｅｉｃｆａｕｅｆｗｒｅｓｓｎｏｅｗｏｋｓｉｅ
１无线传感器网络的特点
目前常见的无线网络包括移动通信网、线局域网、ｄｈｃ无ａｏ网络等，与这些网络相比，Ｎ具有以下特点 … ：ＷＳ
（）硬件资源有限。节点受价格、１体积和功耗的限制，计其
２无线传感器网络典型路由协议
成电路工艺的进步，处理器和传感器模块的功耗变得很低，大绝
点还具备移动能力，这些都会使网络的拓扑结构经常发生变化。（）节点数量多，７分布密集。为了对一个区域执行监测任务，向该区域投放大量的传感器节点，过节点的高度连接性会通

基于无线传感器网络的路由技术研究

Ｎ本网络的能量消耗，长了网络寿命。该数据并完成发送数据到远端基站的任ＷＳ在信息采集和传输中的应用，延
务，样可以大大节省通信的能量。这这文提出一种基于连通支配集的能量均
的拓扑控制可以提高能量利用效率。为
时间，在节能方面仍然存在着一些改节省网络资源，少冗余转发节点成为但减进的空间。ＬＡＣ协议中簇头节点的通信中需要解决的关键问题。信过程ＥＨ通能耗是非常巨大的，先，举产生的中最小化参与转发节点数问题与图论首选簇头必须广播一个能够到达所有节点中求解最小连通支配集问题等价，在而
随着ＷＳ的发展，何减小ＷＳＮ如Ｎ
要影响。随着国内外ＷＳ的研究进展，设计的低功耗自适应分簇路由协议。Ｎ其的能量消耗、延长使用寿命已经成为许多路由协议被提了出来，文在分析基本思想是减少与基站直接通信的节本
ｅｇＢａａｅＲｏｔｎＰｒｔｃｏｂａｅｒｙｌｎｃｕｉｇｏｏｌｓｄｏＣｏｎｅｔｄＤｏｉｎＳｔＣＤＳ —Ｅ— ｎｎｃｅｍｎａｔｅ，
ＷＳＮ
结构设计的一个重要问题。究表研明采用分簇结构以及对网络进行适当

无线传感器网络的通信技术

无线传感器网络的通信技术随着物联网技术的发展，无线传感器网络(WSN)正成为越来越重要的技术领域。

无线传感器网络是由大量的无线传感器节点组成的分散式传感系统，可以通过传感器网络将数据从环境中获取和传输到远程位置。

传感器节点具有自主性和智能性，因此，它可以应用于各种复杂的控制和监控环境。

然而，无线传感器网络受到一些挑战，例如能源不足和通信受限。

因此，WSN的无线通信技术也一直是关注的重点。

一、WSN的通信特点与传统的计算机网络相比，无线传感器网络具有明显的差异。

首先，无线传感器网络由大量的传感器节点组成，这些节点在空间上分布广泛，因此节点之间的通信路由也需要实时调整。

其次，传感器节点的能源有限，这意味着节点的功耗非常低，并且需要在不降低通信质量的情况下减少通信次数。

此外，由于在许多应用中传感器节点具有分散性，因此需要通过多跳的方式进行数据传输。

二、常用的无线传感器网络通信技术1. 低功耗无线网络(LoWPAN)低功耗无线网络是指一种专门用于WSN的通信协议，它使用IEEE802.15.4标准定义的物理层和媒体访问控制层，以确保低功耗和低数据速率。

LoWPAN通信协议可以基于IEEE 802.15.4建立一个网络层网络，或者可以独立地建立一个联网层网络。

在此基础上，添加网络组织，网络管理，网络发现等功能。

2. ZigBeeZigBee是一种低功耗、短距离、低速率的通信技术。

它主要用于WSN中，可以支持多个控制节点到多个被控制节点之间的通信。

ZigBee最大的优点是低功耗，因为它使用短暂的组网方式来传输小量数据。

与其他向节点发送内容的无线技术不同，ZigBee不会定期广播数据，这使其更适用于一些低成本的传感器节点。

3. Bluetooth Low Energy (BLE)蓝牙低功耗技术可以在长达几年的传感器生命周期内为传感器节点提供低功耗、长距离的数据传输和协作。

它实现了简单且有效的安全机制，通过128位AES加密数据并使用带有安全主设备的动态令牌生成身份标识。

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网络通讯及安全本栏目责任编辑：冯蕾无线传感器网络通信与路由研究肖军，李科，王建华（西北核技术研究所，陕西西安７１００２４）摘要：随着无线通信和数字电子技术的发展，由低成本、低功耗、多功能的无线传感器节点组成的无线传感网络得到迅速发展。

无线传感网络是由很多无线传感器节点密集分布组成的，它具有以下特性：各传感器节点位置随机分布，具有自组织特性；各节点共同协作完成数据收集、路由任务，具有很好的协作特性。

无线传感网络的这些特性使得它在医疗、环境监测、军事和智能家庭等领域有了广泛的应用。

本文从介绍无线传感器网络的发展入手，分析了无线传感器的网络结构，节点结构，节点的限制，网络特点，在此基础上继续分析了无线传感器网络的路由协议以及现有的路由协议分类。

关键词：无线传感器；路由；节点；协议中图分类号：ＴＰ３９３文献标识码：Ａ文章编号：１００９－３０４４（２００８）１８－２１６２１－０３ＴｈｅＲｅｓｅａｒｃｈｏｆＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓａｎｄＲｏｕｔｅｏｆＷｉｒｅｌｅｓｓＳｅｎｓｏｒＮｅｔｗｏｒｋＸＩＡＯＪｕｎ，ＬＩＫｅ，ＷＡＮＧＪｉａｎ－ｈｕａ（ＮｏｒｔｈｗｅｓｔＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＮｕｃｌｅａｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｉ＇ａｎ７１００２４，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈｔｈｅａｄｖａｎｃｅｓｏｆｗｉｒｅｌｅｓｓｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎａｎｄｍｉｃｒｏ－ｐｒｏｃｅｓｓｏｒｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，ｉｔｂｅｃｏｍｅｓｐｏｓｓｉｂｌｅｆｏｒｌａｒｇｅａｍｏｕｎｔｓｏｆｌｏｗ－ｃｏｓｔ，ｌｏｗ－ｐｏｗｅｒ，ｍｕｌｔｉｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｓｅｎｓｏｒｎｏｄｅｓｔｏｂｕｉｌｄｈｉｇｈ－ｑｕａｌｉｔｙｗｉｒｅｌｅｓｓｓｅｎｓｏｒｎｅｔｗｏｒｋｓ．Ｔｈｅｓｅｎｏｄｅｓｈａｖｅｍａｎｙｓｐｅｃｉｆｉｃｆｅａｔｕｒｅｓ：ｄｅｎｓｅｌｙｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｎｇｉｎｗｏｒｋｉｎｇｆｉｅｌｄｗｉｔｈｒａｎｄｏｍｌｏｃａｔｉｏｎａｎｄｓｅｌｆ－ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎａｂｉｌｉｔｙ；ａｄａｐｔｉｖｅｌｙｃｏｌｌａｂｏｒａｔｉｎｇｗｉｔｈｏｔｈｅｒｎｏｄｅｓｆｏｒｄａｔａｒｏｕｔｉｎｇａｎｄｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ．ＡｌｌｔｈｅｓｅａｄｖａｎｔａｇｅｓｅｎａｂｌｅｂｒｏａｄｕｓｅｏｆｗｉｒｅｌｅｓｓｓｅｎｓｏｒｎｅｔｗｏｒｋｓｉｎｔｈｅｆｉｅｌｄｓｏｆＨｅａｌｔｈ－ｃａｒｅ，ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔＭｏｎ－ｉｔｏｒｉｎｇ，ＭｉｌｉｔａｒｙａｎｄＳｍａｒｔＨｏｍｅ．Ｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｏｂｔａｉｎｓｆｒｏｍｔｈｅｗｉｒｅｌｅｓｓｓｅｎｓｏｒｎｅｔｗｏｒｋｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓｒｅｓｅａｒｃｈ，ａｎｄｓｔｕｄｙｔｈｅｆｒａｍｅｗｏｒｋ，ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆｔｈｅｗｉｒｅｌｅｓｓｓｅｓｏｒｎｅｔｗｏｒｋ，ｔｈｅｎａｎａｌｙｓｅｔｈｅｆｒａｍｅｗｏｒｋｏｆｔｈｅｎｅｔｎｏｔｅａｎｄｔｈｅｌｉｍｉｔｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｏｆｔｈｅｎｅｔｎｏｔｅ；ａｔｌａｓｔ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｓｔｕｄｙｔｈｅｒｏｕｔｅｒｐｒｏｔｏｃｏｌｏｆｔｈｅｗｉｒｅｌｅｓｓｓｅｎｓｏｒｎｅｔｗｏｒｋ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｈｅｗｉｒｅｌｅｓｓｓｅｎｓｏｒ；ｒｏｕｔｅ；ｎｏｄｅ；ｐｒｏｔｏｃｏｌ近年来随着微电子技术、传感器技术及通信技术的发展，无线传感器网络技术发展迅猛［１］，进展很快。

无线传感器网络是由一组传感器节点通过无线连接构成的无线网络，它布置大量微型的智能传感器节点，通过节点的协同工作来采集和处理网络覆盖区域中的目标信息。

无线传感器网络无论是在国家安全，还是国民经济等方面均有着广泛的应用前景。

未来，传感器网络将向天、空、海、陆、地下一体化综合传感器网络的方向发展，最终将成为现实世界和数字世界的接口，深入到人们生活的各个层面，像互联网一样改变人们的生活方式。

可以说无线传感器网络是信息感知和采集的一场革命，是２１世纪最重要的技术之一。

本文主要有武定县传感器网络的特点入手，着重介绍传感器的网络机构，节点的布置结构及其限制条件，以及对应此结构的路由协议的介绍。

１无线传感器网络的特点无线传感器网络是一种新兴技术，它是将传感器技术，通信技术以及网络技术结合的产物，相较于传统的网络以及传感器，它具有突出的特点：（１）大规模网络［２］为了获取精确信息，在监测区域通常部属大量传感器节点，传感器节点数量可能达到上万个，甚至更多。

传感器网络的大规模包含两个含义：一是分布的地理区域大，如一片森林；二是节点分布密集，在一个面积不大的空间内可能有大量的节点。

（２）自组织网络布置传感器节点时，节点的位置通常不能预先精确设定，节点之间的邻居关系也不能预先知道。

这样就要求传感器节点有自组织的能力，能够自动进行配置和管理，通过拓扑控制机制和网络协议自动形成多跳无线网络。

（３）动态性网络传感器网络的拓扑结构可能由于如下原因而改变：①环境因素和电能耗尽造成节点出现故障或失效；②环境条件变化造成无线通信链路带宽变化，甚至时断时续；③传感器节点、感知对象、观察者可能都具有移动性；④新节点的加入。

因此，在设计传感器网络时，就要求考虑网络具有能适应这种变化的能力。

（４）可靠的网络收稿日期：２００８－０４－１０作者简介：肖军（１９７６－），陕西洛南人，工程师，计算机与软件开发；李科（１９８３－），湖北天门人，助理工程师，计算机与软件开发；王建华（１９６４－），江西定南人，高级工程师，机电工程。

１６２１网络通讯及安全本栏目责任编辑：冯蕾传感器网络通常部属在恶劣的环境下，或者人类不宜到达的区域。

这就要求节点比较坚固，能适应各种恶劣环境条件。

另外由于不能进行人工维护，网络的通信保密性和安全性也十分重要。

（５）应用相关的网络不同的应用背景对传感器网络的要求不同，其硬件平台、软件系统和网络协议也存在很大的差异。

所以传感器网络不能像Ｉｎ－ｔｅｒｎｅｔ一样有统一的通信协议平台。

开发传感器网络的应用时，要注意传感器网络的差异。

只有让系统更贴近应用，才能做出更高效的应用。

（６）以数据为中心的网络传感器网络是任务型的网络，脱离网络谈节点没有任何意义。

用户使用传感器网络查询事件时，直接将事件告知网络，而不是告知某个节点。

网络获得事件的信息后汇报给用户。

这种以数据本身作为查询或传输线索的思想更接近自然语言交流的习惯。

所以传感器网络是一个以数据为中心的网络。

２无线传感器的网络结构基于以上介绍的无线传感器网络的特点，一般传感器网络结构如图１，它通常包括传感器节点（ｓｅｎｓｏｒｎｏｄｅ）、汇聚节点（ｓｉｎｋｎｏｄｅ）和管理节点。

大量传感器节点随机部属在监测区域（ｓｅｎｓｏｒｆｉｅｌｄ）内部或附近，能够通过自组织方式构成网络。

传感器节点监测的数据沿着其它传感器节点逐跳地进行传输，在传输过程中监测数据可能被多个节点处理，经过多跳后路由到汇聚节点，最后通过互联网或卫星到达管理节点。

用户通过管理节点对传感器网络进行配置和管理，发布监测任务和收集监测数据［３］。

传感器节点通常是一个微型的嵌入式系统，它的处理能力、存储能力和通信能力相对较弱，通过携带能量有限的电池供电。

从网络功能上看，每个传感器节点兼顾传统网络节点的终端和路由器双重功能，除了进行本地信息收集和数据处理外，还要对其它节点转发来的数据进行存储、管理和融合等处理，同时与其它节点协作完成一些特定的任务。

图１无线传感器网络的结构汇聚节点的处理能力、存储能力和通信能力相对较强，它连接传感器网络与Ｉｎｔｅｒｎｅｔ等外部网络，实现两种协议栈之间的通信协议转换，同时发布管理节点的监测任务，并把收集的数据转发到外部网络上。

汇聚节点既可以是一个具有增强功能的传感器节点，也可以是没有功能仅带有无线通信接口的特殊网关设备。

３无线传感器节点结构传感器节点由传感器模块、处理器模块、无线通信模块和能量供应模块四部分组成，如图２所示。

传感器模块负责监测区域内信息的采集和数据转换；处理器模块负责控制整个传感器节点的操作，存储和处理本身采集的数据以及其它节点发来的数据；无线通信模块负责与其它传感器节点进行无线通信，交换控制消息和收发采集数据；能量供应模块为传感器节点提供运行所需的能量，通常采用微型电池，具体的节点的机构如图２。

基于以上介绍的传感器网络节点的结构特性和功能特性，这样就存在一些对传感器的设计的限制条件（１）电源能量有限：传感器节点体积微小，通常携带能量十分有限的电池。

而且传感器所分布的区域通常是人迹罕至的，所以通过更换电池的方式补充能量是不可能的。

图２传感器节点的结构（２）通信能力有限：无线通信的能量消耗与通信距离的关系［１］为：１６２２电脑知识与技术网络通讯及安全本栏目责任编辑：冯蕾Ｅ＝ｋ・ｄａ其中参数ａ满足关系２＜ａ＜４。

ａ的取值与很多因素有关。

如传感器节点部属在地面，干扰物多干扰大，ａ的取值就大。

考虑诸多因素，通常取ａ为３，即通信能耗与距离的三次方成正比。

这样随着通信距离的增加，能耗就会急剧增加。

所以在满足通信连通的情况下尽量减少单跳通信距离。

一般情况下，传感器节点的无线通信半径在１００米以内比较合适。

（３）计算和存储能力有限［４］：传感器节点是一种微型嵌入式设备，价格低功耗小，所以其处理器能力比较弱，存储容量比较小。

４无线传感器网络的路由协议的特点在无线传感器网络中，路由协议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：寻找源节点和目的节点间的优化路径，将数据分组沿着优化路径正确转发。

Ａｄｈｏｃ、无线局域网等传统无线网络的首要目标是提供高服务质量和公平高效地利用网络带宽，这些网络路由协议的主要任务是寻找源节点到目的节点间通信延迟小的路径，同时提高整个网络的利用率，避免产生通信拥塞并均衡网络流量等，而能量消耗问题不是这类网络考虑的重点。

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传输［１４］。

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。

此外，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，通过减少通信量而节省能量。

因此，传统无线网络的路由协议不适应于无线传感器网络。

与传统网络的路由协议相比，无线传感器网络的路由协议具有以下特点：（１）能量优先：传统路由协议在选择最优路径时，很少考虑节点的能量消耗问题。

而无线传感器网络中节点的能量有限，延长整个网络的生存期成为传感器网络路由协议设计的重要目标，因此需要考虑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：无线传感器网络为了节省通信能量，通常采用多跳的通信模式，而节点有限的存储资源和计算资源，使得节点不能存储大量的路由信息，不能进行太复杂的路由计算。