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收稿日期:2006-03-29;修返日期:2006-05-20基金项目:国家自然科学基金资助项目(60472052,10577007);国家“863”计划资助项目(2005AA123820)无线传感器网络路由协议研究现状与趋势*彭 静,刘光祜,谢世欢(电子科技大学通信与信息工程学院移动通信国家级重点实验室,四川成都610054)摘 要:分析了无线传感器网络的特点和对路由协议的要求。
阐述了路由协议的分类方法,并根据网络的拓扑结构,将路由协议分成平面和分层两大类,对主要路由协议工作原理进行了叙述,比较了各个路由协议的特点。
最后,对WS N 路由协议的研究热点和发展趋势进行了阐述。
关键词:无线传感器;路由协议;自组网中图法分类号:TP393.04 文献标识码: A 文章编号:1001-3695(2007)02-0004-06Rout ing Pr ot ocols in Wir eless Sensor N etw or k:Pr esent s and F ut ure T ren dsPEN G J ing,LIU Gua ng-hu,XIE S hi-hua n(National K ey Lab oratory of Mobile Communication,S chool of Communication &Infor mation Engineering,Univers ity of E lectr onic S cience &Technology of China,C hengdu Sichuan 610054,China)Abst ract :This pa per first describes the cha ract erist ics of wireless sensor netw orks and t he requirem ent for routing protocols.Aft er presenting t he clas sificat ion s ta nda rds for routing protocols,the paper div ides som e exist ing rout ing prot ocols into two cla sses:fla t and hierarchy.Ana ly zing a nd com paring t he characterist ics and a pplicat ion areas of these protocols.Fina lly pre-s ents t he hot-point a nd fut ure t rends of WS N routing protocols researching.Key wo rds:WS N(Wireles s S ens or Netw ork);Routing Prot ocol;Ad hoc 无线传感器网络(Wireles s S ensor N etw ork,WS N)是一种特殊的无线自组网,它是由大量密集部署在监控区域的智能传感器节点构成的一种网络应用系统。
无线传感网络技术的研究现状和发展趋势随着物联网的快速发展，无线传感网络技术逐渐成为关注的热点。
无线传感网络是由大量传感器节点组成的无线网络，能够对物理或化学量进行测量、感知、处理和传输等多项任务。
该技术有望推动智能城市、智能交通、智能工厂等方面的发展，因此备受学者和产业界的关注。
本文将介绍无线传感网络技术的研究现状和发展趋势。
一、无线传感网络技术的研究现状1、节点设计传感器节点是无线传感网络的基本单元，它需要具有小巧灵活、低功耗、高性能、易部署等特点。
近年来，有学者提出了各种新型传感器节点设计方案，如无源/半无源传感器节点、多传感器节点、组合式节点等。
无源/半无源传感器节点是指将电力来源从传统的电池、太阳能等换成环境能源，如无线充电、温差发电等，以降低节点的功耗成本和维护难度。
多传感器节点是指一种节点集成多种传感器，提高网络测量精度及传感应用的灵活性。
组合式节点则是指在满足节点特定任务需求的前提下，将已有元件（如集成电路、微处理器等）组合便能达到令人满意的性能。
这种方案既省设计成本，又能满足差异化需求。
2、网络拓扑网络拓扑是指无线传感网络中各节点的编号、位置、连接方式等。
常见的拓扑结构有星型、树型和网状结构。
随着新型应用的出现，研究者们不断地探索符合实际场景需求的新型拓扑结构。
例如，分簇拓扑是传感网络中的一种重要拓扑结构，主要是将传感节点按聚集距离远近分组，然后指定一组节点为簇头节点，该节点进行数据处理和转发，并与上层节点通信，达到良好的数据整合效果。
3、网络通信网络通信是无线传感网络技术的核心之一。
面对信道质量恶劣、多传感器数据通信问题等，研究人员们提出了各种新算法和协议。
例如，多跳通信是一种传感器节点间经常采用的数据传输方式，它通过中继节点传递数据，从而实现跨越较长距离的数据传输。
此外，近年来一些学者也尝试利用构建信道模型的方法深入挖掘信道特性，提高网络的通信质量。
二、无线传感网络技术的发展趋势1、智能化未来，无线传感网络技术将更加接近人工智能。
无线传感器网络中的协议研究与优化随着科技的不断发展，无线传感器网络得到了广泛的应用。
它可以通过许多个小型节点组成的网络，对周围环境进行数据采集和传输。
这些节点可以通过无线通信与连接的协议，实现无线传输，并将数据传回到中心节点。
然而，随着网络规模的扩大，传输的效率越来越低下，节点的能量消耗越来越大。
因此，在无线传感器网络中，开发可靠的协议并对其进行优化，也变得越来越重要。
一、协议的研究与发展在无线传感器网络中，协议包括网络层协议、传输层协议、MAC（介质访问控制）层协议等。
这些协议的设计规则和模型不同，相互之间的关系也不同。
对于各种应用场景，往往需要使用不同的协议。
最早的协议是基于定向链路网络（directed-link networks）的，这种结构比较简单，但是随着节点数量的增加，网络性能变差。
因此，以无向链路网络（undirected-link networks）作为网络结构的协议开始发展，它的性能在一定程度上有了很大的提升，因为节点可以通过多个路径进行通信，增加了可靠性。
当前，最流行的网络层协议是SPIN（Sensor Protocols for Information via Negotiation），该协议通过节点之间的谈判实现数据的出路。
在传输层协议中，LEACH（Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy）是一种非常有效的协议。
它通过支持集群创建和路由重组，可以减少节点对能量的消耗。
除此之外，为了实现更高效的网络数据传输，研究人员还发明了很多协议和技术，如负载均衡技术、安全传输协议等。
二、协议优化的意义尽管协议涵盖了传输机制、通信方式、网络拓扑结构等各个方面，但是在协议设计时，我们需要平衡各个方面的需求，考虑因素较多，容易产生各种缺陷。
因此，协议的优化显得尤为重要，不仅可以提高网络的稳定性和可靠性，而且可以最大程度地优化网络性能，减少能量消耗，延长节点的寿命。
无线传感器网络路由协议的研究无线传感器网络路由协议的研究摘要：无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）作为一种新兴的网络形式，被广泛应用于环境监测、物流追踪、智能交通等领域。
然而，WSN中节点资源有限，能源消耗较大，网络拓扑变化频繁，给路由通信带来了挑战。
本文通过研究无线传感器网络中的路由协议，分析其分类、适用性和优缺点，并对当前研究的热点问题和未来发展进行探讨。
1. 引言无线传感器网络由大量的被布置在待测环境中的传感器节点组成，可对环境信息进行感知和采集，并将数据传输到数据中心进行处理。
路由协议作为无线传感器网络的核心技术，决定了数据在网络中的传输路径和质量，直接影响网络的性能和生命周期。
2. 无线传感器网络路由协议分类无线传感器网络的路由协议可以根据不同的因素进行分类，如路由方式、网络拓扑、能量消耗等。
根据路由方式可分为平面路由协议、层次化路由协议和多路径路由协议；根据网络拓扑可分为扁平化拓扑和分层拓扑；根据能量消耗可分为最小跳数协议和能量平衡协议。
3. 路由协议适用性和性能评价不同类型的无线传感器网络路由协议适用于不同的场景和应用需求。
根据网络规模、能源限制、实时性要求等因素，选择不同的路由协议可以优化网络性能。
常见的性能评价指标有能量消耗、网络生命周期、数据延迟、数据传输可靠性等。
4. 无线传感器网络路由协议的优缺点无线传感器网络路由协议存在着各自的优点和缺点。
例如，平面路由协议简单易实现，但在大规模网络中容易导致网络拥塞；层次化路由协议结构清晰，能量消耗相对较低，但在节点入网和网络自适应性方面存在一定的问题。
了解不同协议的优缺点，有助于合理选择和改进路由协议。
5. 当前研究热点问题当前，无线传感器网络路由协议的研究主要关注以下几个热点问题：（1）能量平衡问题：如何合理分配各节点的能量，并提高网络整体能源利用率；（2）拓扑控制问题：如何根据网络状态动态调整网络拓扑结构，降低能量消耗和延迟；（3）数据传输质量问题：如何提高数据传输可靠性和安全性，减少数据丢失和传输延迟。
无线传感器网络路由协议的优化研究一、引言随着技术的发展和应用的普及，无线传感器网络(Wireless Sensor Network, WSN)在环境监测、智能交通、军事领域等方面已有广泛应用。
由于无线传感器节点本身能量有限、计算能力不足、通信范围有限等特点，网络中节点的能量消耗及其对网络的通信质量和可靠性影响已经成为无线传感器网络研究的重点问题之一。
为了提高网络的能源利用率和延长网络的生命周期，研究和优化节点的路由协议显得尤为重要。
本文将分析目前常用的无线传感器网络路由协议及其优缺点，探讨节点路由选择和能量平衡问题，提出相应的优化策略。
二、无线传感器网络常用路由协议无线传感器网络路由协议的主要目的是将数据从源节点传递到目的节点，并在传输过程中减少网络的能耗和延长网络寿命。
根据其分类原则，常用的无线传感器网络路由协议主要有以下几种：1. 基于平面化的协议基于平面化的协议将传感器网络视为平面图，利用一些路由算法解决所需的最小路径问题。
典型的基于平面化的协议有GEAR、GAF、GGTS等。
这类协议的主要优点在于网络的能耗较低，而且具有快速自适应路由的特点。
缺点则是不适合于通信半径小的情况。
2. 关于数据流的协议关于数据流的协议则是考虑到数据流在网络中的传输，通过对数据流路径进行分组并处理来分解路径。
典型的关于数据流的协议有网络处理机制、拥塞容错、QoS协议等。
这类协议能够提高数据传输的效率并降低网络的能耗，但是由于涉及到数据流处理机制，协议复杂度较高。
3. 基于集中化的协议基于集中化的协议则是将网络划分为若干个区域，并用一些中心节点对整个网络进行管理。
中心节点会选择最佳路径将数据从源节点传递到目的节点。
典型的基于集中化的协议有MMSPEED、GMAC、SPIN等。
这类协议具有减少重叠和提高路由效率的优点，但是由于存在单点故障问题，导致网络的可靠性有所下降。
4. 纯分布式的协议纯分布式的协议则是不需要任何中心节点，所有节点都是对等的，自主协作完成数据传输。
无线传感器网络中传输协议的研究与改进随着物联网的发展和应用，无线传感器网络被广泛应用于环境监测、农业、交通、医疗等领域。
无线传感器网络具有低功耗、低成本、自组织等特点，能够实现多种应用场景和需求。
然而，由于传感器节点间通信的距离有限、信号传输容易受到干扰等因素的影响，传输协议的设计对无线传感器网络的性能和能耗有着至关重要的影响。
本文将从传输协议的角度探讨无线传感器网络的研究和改进，以期为无线传感器网络的发展和应用提供一些思路和参考。
一、传输协议的基本原理传输协议是无线传感器网络中数据传输的核心，具有数据传输可靠性、通信能耗等方面的特点。
传输协议通常可以分为MAC层和网络层两个部分，其中MAC层负责节点之间的数据传输，网络层负责路由选择和数据转发。
传输协议的主要功能包括信道访问、能量管理等。
同时，为了提高数据传输的可靠性和效率，对于无线传感器网络中数据包的格式和长度等方面的设定也具有重要的影响。
二、传输协议的研究现状当前，无线传感器网络的传输协议研究主要集中在两个方向，一方面是对传输协议的性能进行实验验证和分析，评估不同协议的适用性和可靠性；另一方面是通过改进算法和优化协议，提高传输协议的性能和效率。
在传输协议的性能分析方面，目前常用的评价指标为数据可靠性、数据传输延迟、网络能耗，其中数据可靠性是衡量传输协议性能的一个重要指标，其次是数据传输延迟和网络能耗。
对于不同的应用场景，可以进一步选择相应的评价指标，进行个性化的评估和分析，从而更好地满足特定应用的需求。
在传输协议的改进方面，目前主要采用的策略包括：协议优化、协议混合、协议设计等。
协议优化采用改进算法的方式，由于传输协议的的架构和设计都是固定的，因此通过算法优化能够实现快速的改进，同时不影响网络架构的整体性。
例如，目前常用的协议有LEACH、PEGASIS等，以及其升级版LEACH-M等，这些协议均有一定的优化算法，能够有效减小能耗和延迟等问题。
无线传感网络技术的研究现状与应用无线传感网络技术是指通过传感器节点搭建起来的一种多节点的网络结构，该网络结构由无线通信和传感器技术组成，能够对周围环境进行实时监测，进行数据处理、存储和传输。
在近几年中，无线传感网络技术一直是众多学者和企业关注的重点领域之一，也是新兴技术发展中备受关注的方向。
本文将介绍无线传感网络技术的研究现状与应用。
一、无线传感网络技术的研究现状在近年来，随着无线传感网络技术的不断发展，该技术得到了越来越多的重视和广泛应用。
经过多年的技术积累和进步，无线传感网络技术的研究现状已经全面提升，在多个方向上都有了更丰富和实用的成果。
1. 无线节点的设计无线传感网络中最重要的部分就是传感器节点的设计，一般节点的设计是需要考虑到两个方面的问题：能耗和通信质量。
在传感器节点的设计中，需要研究新的能源管理策略和低功耗设计技术。
同时，为了提高通信质量，需要研究新的传输机制，以及改进数据传输的效率，提高通信的稳定性和可靠性。
2. 网络拓扑结构的研究网络拓扑结构是指无线传感网络中各种节点之间的互联关系。
优化网络拓扑结构能够有效地提高网络整体性能和可靠性。
在研究中，通过对不同的拓扑结构进行比较和分析，进一步提高了无线传感网络的能力和效率。
3. 路由技术的研究在网络中节点之间的通信协议就是路由技术。
通过对路由技术的不断研究和改进，必然能进一步提高网络整体性能。
当前已经出现了很多种不同的路由协议，如LEACH、TEEN和PEGASIS 等，在不同情境下广泛应用，且大大提高了网络的性能和效率。
二、无线传感网络技术的应用随着无线传感网络技术的发展，这项技术已经被广泛应用在各个领域中，如环境监测、智能交通、医疗保健、安防监控等。
1. 环境监测无线传感网络技术可以实时监测环境中的各个参数，如温度、湿度、大气压力、光照、降雨等。
特别是在大气污染、水污染、地震、叶绿素含量等重要能够提供更为准确的数据和信息。
2. 智能交通无线传感网络技术可以为智能交通提供一种新的解决方案。
无线传感器网络中路由协议的研究无线传感器网络（Wireless Sensor Network, WSN）是由大量由无线传感器节点组成的网络。
这些传感器节点具有感知、计算和通信能力，能够在网络中自主进行数据采集、处理和传输。
由于在无线传感器网络中，节点通信能力有限，节点之间的通信距离有限，并且节点能量有限，因此设计高效可靠的路由协议尤为重要。
路由协议是无线传感器网络中实现节点之间数据通信的重要组成部分。
它负责决定传感器节点之间的最优路径，使得数据能够有效地从源节点传输到目标节点。
然而，无线传感器网络中的路由协议面临许多挑战。
首先，无线传感器网络中的节点分布广泛，形成一个动态的网络拓扑。
这意味着路由协议需要具有自适应性和动态性，能够适应网络拓扑的变化，并及时找到可靠的通信路径。
其次，无线传感器网络中的节点能量有限。
由于网络拓扑广泛而分散，节点之间的通信距离较远，因此节点之间的通信耗能较高。
因此，路由协议需要考虑能量平衡，合理分配节点的能量，以延长网络寿命。
另外，无线传感器网络中的节点通信受到信号传播、干扰等因素的影响，容易导致信号损失和传输错误。
因此，路由协议需要具备较强的容错性，能够在不稳定的无线环境中保证数据的可靠传输。
为解决上述问题，研究人员对无线传感器网络中的路由协议进行了大量的研究。
下面将介绍几种常见的路由协议。
首先，基于距离向量的路由协议（Distance Vector-based routing protocols）是一种简单且易于实现的协议。
这类协议将网络拓扑信息以距离向量的形式存储在每个节点中，并通过交换距离向量来确定最佳路径。
常见的距离向量路由协议包括DSDV（Destination-Sequenced Distance Vector）、AODV（Ad hoc On-Demand Distance Vector）等。
这些协议具有低计算复杂度和较好的适应性，适用于小规模的无线传感器网络。
无线传感器网络路由协议优化研究一、前言随着信息技术的迅速发展，无线传感器网络逐渐成为了科学家和工程师研究和应用的重要领域。
在无线传感器网络中，无线传感器节点的数量通常非常庞大，且节点的分布也非常广泛。
因此，选择合适的路由协议对于无线传感器网络的实时性、可靠性和稳定性具有重要意义。
本文将从无线传感器网络路由协议的优化研究方面入手，探讨其现状、存在的问题和优化方向。
二、无线传感器网络路由协议现状当前，无线传感器网络的路由协议可分为三类：平面协议、分层协议和异构协议。
其中，平面协议主要采用扁平化结构，不涉及分层结构，例如LEACH协议。
分层协议采用分层结构，例如DRAND、HEED、PEGASIS等。
异构协议采用混合结构，如ZigBee和MiRiMESH。
三、无线传感器网络路由协议存在的问题无线传感器网络的路由协议存在着许多问题。
最主要的问题是能量消耗问题。
由于无线传感器节点的电池寿命受限，因此节点的能量储备非常宝贵。
传统的路由协议未考虑能量消耗，导致了网络应用的难度和复杂程度的提高，使得能量消耗过快。
另外，路由协议还存在着传输时延问题。
由于无线传感器网络的传输速度受到蓝牙、Wi-Fi和其它无线设备等因素的影响，因此传输时延问题也逐渐彰显出来。
最后，路由协议的效率问题也是无法忽视的。
由于传感器节点数量较多，节点间通信存在拥塞等问题，因此协议的效率也受到了影响。
四、无线传感器网络路由协议优化方向优化无线传感器网络的路由协议是提高网络传输效率、降低网络负荷的关键所在。
目前，一些学者和工程师提出了优化方向以解决现行路由协议存在的各种问题。
4.1 能量感知考虑路由节点的能量消耗是无线传感器网络路由协议优化研究的重点。
对节点的能量状态进行感知，根据能量消耗情况选择合适的路由器节点是提高网络质量和效率的关键。
例如，利用DEEC协议中的能量级别、能量修正等技术，可以有效减少节点功耗。
4.2 短路径优化无线传感器网络路由协议的短路径优化是解决网络负载和节点转移问题的有效手段。
无线传感器网络路由协议的研究与改进的开题报告一、选题背景和意义随着无线传感器网络技术的发展，无线传感器网络已经被广泛应用于各种领域，包括环境监测、工业控制、医疗健康等。
无线传感器网络是由许多节点组成的自组织网络，节点通过无线传输数据和协作来实现任务的完成。
无线传感器网络中的节点能源有限，通信范围狭窄，通信能力低下，因此需要设计有效的路由协议，实现节点之间的高效通信，保证网络的稳定性和可靠性。
目前，无线传感器网络路由协议的研究是一个非常活跃的领域。
已有许多优秀的路由协议被提出，例如LEACH、TEEN、PEGASIS等，但是这些协议仍然存在着一些问题，例如节点能量消耗不均匀、网络负载不平衡、节点路由选择不合理等。
因此，研究无线传感器网络路由协议的优化和改进，既有理论研究的价值，也有实际应用的重要性。
二、研究内容和方法本课题主要研究无线传感器网络路由协议的优化和改进，主要包括以下内容：1. 综述当前无线传感器网络常用路由协议的优缺点，分析其不足之处。
2. 提出一种新型路由协议，改善现有协议的缺陷，同时考虑节点能量消耗、网络负载均衡、节点路由选择等方面的问题。
3. 基于模拟实验平台对所设计的新型路由协议进行模拟实验研究，评估其性能。
4. 分析实验结果，对所设计的新型路由协议进行改进和优化。
本课题主要采用的研究方法包括文献调研、仿真实验、数据分析和算法实现等方法。
三、预期研究成果本课题主要预期研究成果如下：1. 综述当前无线传感器网络常用路由协议的优缺点，分析其不足之处。
2. 提出一种新型路由协议，改善现有协议的缺陷，同时考虑节点能量消耗、网络负载均衡、节点路由选择等方面的问题。
3. 基于模拟实验平台对所设计的新型路由协议进行模拟实验研究，评估其性能。
4. 分析实验结果，对所设计的新型路由协议进行改进和优化，提升其性能和可靠性。
四、进度安排本课题的具体进度安排如下：1. 第一阶段（1-2周）：文献调研，了解无线传感器网络常用路由协议的特点和优缺点。
无线传感器网络路由协议研究随着信息技术的发展，无线传感器网络成为了新兴的研究领域，其应用范围广泛，如农业监测、环境监控、医疗诊断等。
无线传感器网络的核心是路由协议，它是指无线传感器网络中数据包从源节点到目的节点的传递轨迹和路径。
本文将探讨无线传感器网络路由协议的研究现状、现有研究成果以及未来研究方向。
研究现状无线传感器网络路由协议的研究在过去几年中取得了重要进展，主要表现在以下几个方面。
首先，无线传感器网络路由协议的分类越来越清晰。
目前，常用的无线传感器网络路由协议主要包括分层路由协议、平面路由协议、基于位置的路由协议、基于内容的路由协议等。
其次，无线传感器网络路由协议的研究领域越来越广泛。
不仅仅局限于数据包传输，还涵盖了网络拓扑分析、网络安全、网络负载均衡等方面的问题。
再者，无线传感器网络路由协议的研究方法越来越多样化。
随着计算机科学和数学的发展，研究人员采用了数学建模、仿真模拟、实验验证、数据分析等多种方法对无线传感器网络路由协议进行研究。
现有研究成果无线传感器网络路由协议的研究目标是提高网络效率、可靠性和安全性。
下面列举部分现有研究成果，以此说明无线传感器网络路由协议研究的重要性。
分层路由协议分层路由协议是无线传感器网络中最常用的路由协议之一。
其特点是将网络划分为多层结构，每个层次的节点只和相邻的节点通信，这使得通信成本降低，网络性能得到提升。
平面路由协议平面路由协议是一种适用于大规模无线传感器网络的路由协议。
其特点是采用单跳通信，在整个网络中建立一张覆盖网络，从而实现节点之间的直接通信和信息传递。
该路由协议在网络规模较大时，效率会更高。
基于位置的路由协议基于位置的路由协议是一种通过记录节点位置信息来进行路由的方法。
该方法通常使用各种传感器定位技术来获取节点位置信息。
与传统路由协议相比，基于位置的路由协议可以避免一些路由决策问题，从而提高网络效率和可靠性。
基于内容的路由协议基于内容的路由协议是一种相对传统路由协议的新型协议，它是通过节点之间的相似性来进行路由的。
无线传感器网络中的路由协议研究与优化第一章：引言近年来，无线传感器网络（Wireless Sensor Network, WSN）逐渐成为研究和应用的热点领域。
无线传感器网络由大量分布在特定区域内的传感器节点组成，这些节点能够感知和采集环境中的各种信息，并通过无线通信技术将信息传输到基站。
在无线传感器网络中，路由协议的性能和效率对网络的稳定性和可靠性具有重要影响。
本章将介绍本文的研究目的、背景和结构。
第二章：无线传感器网络及其路由协议概述2.1 无线传感器网络概述介绍无线传感器网络的基本概念和特点，包括节点组成、网络拓扑结构和应用场景等。
2.2 路由协议概述介绍无线传感器网络中常用的几种路由协议，如平面型、层次型和基于网络分簇等。
第三章：无线传感器网络中路由协议的研究现状3.1 平面型路由协议研究综述平面型路由协议在无线传感器网络中的应用和研究现状，分析其优势和不足之处。
3.2 层次型路由协议研究综述层次型路由协议在无线传感器网络中的应用和研究现状，分析其优势和不足之处。
3.3 基于网络分簇的路由协议研究综述基于网络分簇的路由协议在无线传感器网络中的应用和研究现状，分析其优势和不足之处。
第四章：无线传感器网络中路由协议的问题与挑战4.1 能耗问题分析无线传感器网络中路由协议对节点能耗的影响，并提出优化方案。
4.2 路由稳定性问题分析无线传感器网络中路由协议对网络稳定性的影响，并提出优化方案。
4.3 延迟问题分析无线传感器网络中路由协议对数据传输延迟的影响，并提出优化方案。
第五章：无线传感器网络中路由协议的优化策略5.1 路由选择算法优化提出针对不同网络拓扑的路由选择算法优化策略，提高数据传输效率。
5.2 节点能量管理优化提出节能管理策略，延长节点的使用寿命，降低网络维护成本。
5.3 数据压缩与聚合优化提出数据压缩和聚合算法，减少无线传感器网络中的数据冗余和通信开销。
第六章：实验与仿真6.1 实验环境介绍无线传感器网络实验设备和软件平台。
无线网络的研究——无线传感器网络路由协议的研究的开题报告一、背景随着物联网技术的飞速发展和无线传感技术的广泛应用，无线传感器网络成为了一个研究热点，其在环境监测、智能家居、军事侦察等领域具有广泛的应用前景。
无线传感器网络是由大量无线传感器节点组成的一种分布式自组织网络，由于其功耗、尺寸等硬件限制，其节点一般采用电池供电，因此节点的能量管理是网络维护中不可忽视的重要问题。
同时，节点之间的通信链路也受到多种因素的干扰，包括信号弱化、遮挡、多径传播等，因此网络中节点之间的数据传输、路由选择、拓扑控制等问题是无线传感器网络研究中的热点和难点。
因此，无线传感器网络通信协议中的一种重要部分就是路由协议，它负责解决节点之间的通信问题。
目前已经有许多路由协议被提出，在应对不同的应用场景和通信需求的同时，也存在着各自的局限性和优势。
因此，对于路由协议的研究和优化是无线传感器网络研究中的热点和难点。
二、研究目的及意义无线传感器网络路由协议的研究的主要目的就是解决节点之间的通信问题，实现网络中数据的有效传输和能量的高效利用。
合理的路由选择能够降低节点之间的通信延迟和消耗，有利于提高网络传输效率和能源利用率。
因此，无线传感器网络路由协议的研究对于优化网络性能，延长节点寿命以及扩展网络应用具有重要的意义。
三、研究内容1. 对无线传感器网络路由协议的现状及发展趋势进行综述，分析现有路由协议的优缺点。
2. 深入研究几种领先的无线传感器网络路由协议，如LEACH、PEGASIS、TEEN 等，分析其设计思想、工作原理和性能指标。
3. 在结合以上分析的基础上，提出适合特定应用场景的超低功耗、高能效的无线传感器网络路由协议。
4. 通过仿真实验验证所提出的无线传感器网络路由协议的性能表现，包括能源消耗、带宽利用率和数据传输效率等指标，并与现有的几种路由协议进行对比评估。
四、预期成果1. 对当前无线传感器网络路由协议的发展情况及优劣进行详细综述。
无线传感器网络的路由协议优化研究一、引言随着物联网技术的不断发展，无线传感器网络已经成为了智能化和自动化领域中最具有潜力的技术之一。
传感器网络最基本的功能是采集环境信息，然后将信息传输给数据聚集节点，进而实现对环境的监测或控制。
然而，传感器节点分布范围广泛，覆盖范围较大，节点数量较多，使得传感器网络的路由管理成为其中最重要的因素之一。
目前，很多路由协议已经应用在传感器网络中，但是这些协议的优化研究还需要不断地深入探究和完善。
二、无线传感器网络的路由协议1、路由协议概述路由协议是指确定如何将数据从源节点传输到目的节点的协议。
在无线传感器网络中，路由协议需要考虑低能耗、低成本、低带宽等因素。
基于这些因素，无线传感器网络的路由协议可以分为以下几类：（1）平面路由协议：平面路由协议主要采用网络图论的角度，实现网络路径的规划和优化，但是网络拓扑可能比较复杂，节点之间的距离较远，导致数据传送的能量消耗较大。
（2）分层路由协议：分层路由协议通过将传感器网络分为不同的层次，实现分层数据传输，从而提高网络的能量利用率。
但是因为存在层次结构，网络拓扑较大，通信复杂度较高。
（3）基于重力模型的路由协议：重力模型路由协议主要采用物理模型，实现了更加自然和生动的虚拟结构和数据路由过程，同时减少了数据传输的能量消耗。
（4）基于分布式算法的路由协议：分布式算法路由协议主要采用分布式的算法，实现了传感器网络的自组织能力，在网络受到攻击时能够有效防御。
2、路由协议的研究现状目前传感器网络路由协议的研究主要集中在如下几点：（1）能耗：如何减少能量消耗，延长网络寿命。
（2）带宽和容量：如何充分利用网络带宽和容量，提高网络的传输效率。
（3）安全性：如何保证网络的安全性，保护网络的隐私和数据。
（4）质量服务：如何保证网络数据的可靠性和实时性，满足用户的需求。
三、无线传感器网络路由协议的优化方法1、拓扑控制方法拓扑控制方法主要采用调整节点的位置，改变网络拓扑结构的方式来优化路由协议。
无线传感器网络中的路由协议研究无线传感器网络是由大量的无线传感器节点组成的网络，这些节点能够自主地感知、采集和传输环境信息。
而路由协议则是无线传感器网络中的核心部分，它负责决定数据在网络中的传输路径，保证信息能够高效准确地传输到目标节点。
因此，无线传感器网络中的路由协议研究至关重要。
1. 路由协议的介绍路由协议是无线传感器网络中负责数据传输的重要组成部分。
它决定了数据从源节点到目标节点的传输路径，实现了节点之间的通信。
路由协议需要考虑无线传感器网络中的特殊情况，例如节点能量有限、无线信号范围有限等，因此需要设计一种高效、节能的路由算法。
2. 目前的路由协议研究现状目前，已经有许多种路由协议被提出并应用于无线传感器网络中。
其中最常见的几种协议包括LEACH、Directed Diffusion、SPIN和BeeAdHoc等。
这些协议在不同的场景和应用需求下各有优劣，因此需要根据具体的需求选择合适的路由协议。
3. 路由协议的优化方法为了进一步优化无线传感器网络中的路由协议，研究者们提出了许多的优化方法。
其中一种常见的方法是使用多路径路由，通过同时利用多条路径将数据传输到目标节点，提高网络的可靠性和吞吐量。
还可以通过选择合适的父节点来减少路由路径中的能量消耗，延长网络的生命周期。
4. 路由协议的安全性问题在无线传感器网络中，对于数据的安全性和隐私保护是非常重要的。
因此，研究者们还关注了路由协议的安全性问题。
一种常见的安全攻击是节点仿冒，攻击者通过冒充合法节点的方式破坏网络的正常运行。
为了解决这个问题，可以使用加密算法对数据进行加密，同时还可以设计一些安全验证机制来检测和防止节点仿冒攻击。
5. 路由协议的未来研究方向随着无线传感器网络的应用场景的不断扩大，对于路由协议的研究也将朝着更加复杂和多样化的方向发展。
未来的研究方向包括优化传感器节点的能量消耗，提高网络的覆盖范围和鲁棒性，以及设计更加灵活和可扩展的路由协议等。
1引言
对于无线传感网络，业界的定义不一，但实质基本相同。
按哈尔滨工业大学的李建中教授的定义，无线传感网络（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｓｅｎｓｏｒ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ，ＷＳＮ）是由一组传感器节点以自组织的方式构成的无线网络，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖的地理区域中感知对象的信息，并发布给观察者［１］。
无线传感器网络是由多个带有传感器、数据处理单元及通信模块的节点组成的，这些节点要根据不同的数据采集任务需求按自组织的方式构成网络，这就需要有安全可靠的路由协议来支撑。
而由于目前对ＷＳＮ的应用尚处于实践阶段，关键技术还不很成熟，因此，国内外对于ＷＳＮ的路由协议技术投入了大量的研究。
本文就其中几种具有代表性的路由协议算法进行分析和比较，旨在为实际选择应用提供参考。
2几种典型WSN 路由协议
路由协议是ＷＳＮ中重要的组成部分，常见的路由协议有：泛洪（Ｆｌｏｏｄｉｎｇ）算法和闲聊（Ｇｏｓｓｉｐｉｎｇ）算法、ＳＰＩＮ协议、Ｄ Ｄ协议、ＳＡＲ协议、ＬＥＡＣＨ协议、ＴＥＥＮ协议、ＰＥＧＡＳＩＳ协议、Ｒａｎｄｏｍ
无线传感网络路由协议的研究现状与发展
林初善 廖晓闽 王春阳 赵峰 西安通信学院光通信研究室 ７１０１０６
Ｗａｌｋｉｎｇ协议、ＧＥＡＲ协议等等，其中ＬＥＡＣＨ （ｌｏｗ－ｅｎｅｒｇｙ ａｄａｐｔｉｖｅ ｃｌｕｓｔｅｒｉｎｇｈｉｅｒａｒｃｈｙ）协议是无线传感器网络中最早的分级路由协议之一，它是第一个提出分簇式路由协议，其后的分簇路由协议（如ＴＥＥＮ、ＰＥＧＡＳＩＳ等）大部分都是在它的基础上发展而来。
而最经典的ＡＯＤＶ（Ａｄ ｈｏｃ ｏｎ Ｄｅｍａｎｄ ＤｉｓｔａｎｃｅＶｅｃｔｏｒ）协议是一种按需距离向量的路由协议，在地面上的应用已经很成熟。
目前国内外对ＷＳＮ路由协议的研究方兴未艾，主要有Ｗｕ Ｄｉ等人提出的一种类似ＡＯＤＶ协议的ＢＲＩＴ（Ｂｏｕｎｃｅ
Ｒｏｕｔｉｎｇ ｉｎ Ｔｕｎｎｅｌｓ）新路由算法［２］
；ＬｉＨａｏ等人提出的基于簇单元拓扑的无线路由协议ＲＧＡＦ（Ｒｅｌｉａｂｌｅ Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃａｌ
Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｆｉｄｅｌｉｔｙ）［３］
；香港科技大学ＬｉＭａｏ等人提出的结构感知自适应的路由算法［４］；童敏明等人提出的一种基于位置信息和网络梯度的贪婪型路由算法［５］；陈祖爵等人提出的基于距离有效性的层次路由协议［６］；周宁提出的基于ＲＳＳＩ的机会主义路由算法［７］等等。
２．１贪婪算法路由协议
在贪婪路由协议中，节点依据本节点、所有邻居节点和目的节点的位置信息按照贪婪转发策略把数据分组转发至离目的节点更近的一个邻居节点，直到目的节点。
这种路由协议具有以下两个缺点：一是在周期性信标交换条件下采用贪婪
转发策略会引起通信暂盲现象，造成大量数据的丢失；二是对路由空洞的形状不能进行感知。
针对这两个缺陷，众多学者对贪婪算法进行了改进，例如：通过减少信标交换周期和使用不同的转发策略
来减少通信暂盲现象［８，９］
；通过空洞处理算法来应对空洞，使算法收敛［１０，１１］。
但是
这些改进的算法都存在一定的局限性，有的是过多地引入了数据传输时延，有的则降低了预测准确性或造成能量的过多消耗，都不能从根本上解决贪婪算法的两个缺陷。
针对上述问题，国防科学技术大学张衡阳等人提出了一种实时可靠的ＱｏＳ贪婪地理路由协议［１２］。
该协议通过自适应信标交换算法、基于过渡带思想的贪婪转发策略和基于路标迭代提取和剔除的自适应空洞处理算法，克服了贪婪算法的两个缺陷，使得数据分组能够实时可靠地传输。
仿真结果表明该协议在不增加控制开销的情况下，能够有效减缓通信暂盲现象，高效地处理路由空洞问题，大大提高数据传送成功率，提高协议的实时性和可靠性，可应用于对实时性和可靠性有一定要求的大规模移动无线传感网络。
但是，贪婪算法终究是一种局部最优算法，由它形成的链节点之间距离不均衡，会导致能量消耗的不均匀，而且它的第一个节点会快速死亡。
２．２蚁群算法路由协议
蚁群算法是受到真实的蚁群行为的启发而提出的。
蚂蚁间的信息交流是通过一种叫做外激素的物质进行的。
蚂蚁在运动过程中会在它经过的路径上留下这种物质，而且蚂蚁在运动过程中能够感知这种物质的存在及其强度，并以此指导自己的行动方向。
因此，大量的蚂蚁行进行为就形成了一个正反馈的过程。
某一条路径上走过的蚂蚁越多，则后来被选择的概率就越大。
无线传感网络中节点能量是有限的，而将蚁群算法引入无线传感路由协议，可以延长节点的生命周期，提高网络路由性能。
南京航空航天大学的胡中华以及浙江大学冯跃喜等人提出用一种改进型的蚁群算法来作为无线传感网络路由协议［１３，１４］，其基本做法是首先通过蚁群算法构造一条数据传输链，选择其中能量最大节点为簇头，信息通过相邻节点传送。
仿真结果表明：该算法兼顾到节点的能量和路径消耗，较标准蚁群算法具有高效的路由选择功能，能够使网络中节点能量消耗更加均衡，从而延长网络的使用寿命。
但是，这种改进型的算法都是基于
这样一种假设［１３］
：
①所有的节点都是静止的，且位置
基金项目：某国防基金资助项目
DOI ：10.3969/j.issn.1001-8972.2010.20.054
已知。
②基站固定在离节点很远的地方。
③所有节点的初时能量都是一样的，并且基站知道每个节点的剩余能量。
这种假设在实际的移动无线传感网络中几乎是不可能达到的，因此需要进一步改进其仿真研究的算法模型。
２．３机会主义算法路由协议
机会主义路由（ＯｐｐｏｒｔｕｎｉｓｔｉｃＲｏｕｔｉｎｇ）是一种后择路由，节点在转发包时不以源－目标节点间直接可达路径为基础，而是将报文广播出去后，再利用转发候选集中的最佳节点来转发报文。
充分利用无线信道的广播特性，机会性的选择报文能到达的最佳节点转发，尽可能地克服动态拓扑、链路信道变化频繁等影响，从而有效提高无线网络性能［１５］。
这里涉及机会主义路由的三个概念：转发节点集、机会概率值和转发候选集。
而实现机会主义路由选择的关键在于节点转发候选集的选取，而它又是由机会概率值决定的。
国内外学者提出了众多建立机会概率值的方法，如基于跳数、地理位置信息、ＥＴＸ、ＥＡＸ等，但这些方法由于种种缺陷都不适合于移动传感器网络。
因此霍广城、周宁等人提出了基于ＲＳＳＩ（Ｒｅｃｅｉｖｅｄ Ｓｉｇｎａｌ ＳｔｒｅｎｇｔｈＩｎｄｉｃａｔｏｒ）的机会主义路由算法［７，１６］。
基于ＲＳＳＩ的机会主义路由是针对移动无线传感网提出的一种结合节点移动向量和接收信号强度指示值ＲＳＳＩ信息的机会主义路由，其主要思想是利用Ｓｉｎｋ节点Ｂｅａｃｏｎ报文的ＲＳＳＩ信息建立并更新机会概率值，使用报文广播后所能到达的具有最大机会概率值的最佳节点进行存储转发，完成移动无线传感网信息收集。
基于ＲＳＳＩ的机会主义路由是一种良好的后择路由，与传统Ｔｉｎｙ ＡＯＤＶ路由相比，更适合于移动的、非稠密的无线传感网络，具有报文成功传输率高、网络有效吞吐量大以及能耗低等优点。
3 WSN 路由协议的发展趋势
随着技术的更新，ＷＳＮ无疑将向微型化、低耗能及数字化方向发展，而作为ＷＳＮ的重要组成部分的路由协议也应该适应这种发展趋势。
（１）节能。
由于ＷＳＮ节点是靠电池供电，随着节点的微型化，必须要求路由协议尽可能地做到节能。
这可以通过减少节点发送不必要的控制干扰信息、数据融合、数据压缩以及采用睡眠机制
等手段来实现。
（２）平衡。
安全可靠的路由协议应该尽可能地平衡节点传输的信息量，避免网络拥塞和ＱｏＳ下降。
同时这也是延长ＷＳＮ生存时间的必然要求。
传感网络的路由应尽可能的延长单个结点的生命周期，避免网络中的部分结点因为太多的参与数据转发过早死亡。
（３）安全。
现有的ＷＳＮ尚缺乏充足的安全机制，面对种种安全威胁，节点很容易遭到多种攻击，再加上节点资源受限以及ＷＳＮ自身的特点，ＷＳＮ的安全面临严峻挑战，开发动态点对点的安全节能算法是未来传感网络路由算法的必然方向。
