无线传感器网络中的多路径通信技术

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　

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

第２１卷第１２期　２００８年１２月　传感　

ＣＨＩＮＥＳＥ　ＪＯＵＲＮＡＬ　技术学报　ＯＦ　ＳＥＮＳＯＲＳ　ＡＮＤ　ＡＣＴＵＡＴＯＲＳ　Ｖｏ１．２１　Ｎｏ．１２　Ｄｅｃ．２００８　

Ｅｎｅｒｇｙ－Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　Ｏｐｔｉｍａｌ　Ｍｕｌｔｉｐａｔｈ　Ｒｏｕｔｉｎｇ　Ｐｒｏｔｏｃｏｌ　ｆｏｒ　Ｗｉｒｅｌｅｓｓ　Ｓｅｎｓｏｒ　Ｎｅｔｗｏｒｋｓ　

ＣＨＥＮ　Ｊｉｅ，ＹＩ　Ｂｅｎ－ｓｈｕｎ　（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ，Ｗｕｈａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｗｕｈａｎ　４３００７９，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ￣Ｗｅ　ｐｒｏｐｏｓｅ　ａｎ　ｅｎｅｒｇｙ－ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　ｏｐｔｉｍａｌ　ｍｕｌｔｉｐａｔｈ　ｒｏｕｔｉｎｇ　ｐｒｏｔｏｃｏｌ（ＥＥＯＲ）ｔｏ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｓｈｏｒｔ—　

ｃｏｍｉｎｇｓ　ｏｆ　ｓｉｎｇｌｅ　ｐａｔｈ　ｓｃｈｅｍｅｓ　ｔｈａｔ　ｃａｎ　ｎｏｔ　ｏｂｔａｉｎ　ｔｈｅ　ｉｄｅａｌ　ｅｆｆｅｃｔ　ｉｎ　ｓｏｍｅ　ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ａｐｐｌｉｃａ—　ｔｉｏｎｓ．Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐｒｏｔｏｃｏｌ，ｍａｘｉｍｕｍ　ｍｕｌｔｉｐａｔｈｓ　ａｒｅ　ｆｏｕｎｄ　ｂｙ　ｍｅｓｓａｇｅ　ｅｘｃｈａｎｇｅｓ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｔｈｅ　ｎｅｉｇｈｂｏｒｓ　ａｎｄ　ａ　

ｍｕｌｔｉｐａｔｈ　ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｉｓ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ｔｏ　ｅｌｉｍｉｎａｔｅ　ｔｈｅ　ｍｅａｎｉｎｇｌｅｓｓ　ｐａｔｈｓ．Ｉｎ　ｔｈｅ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ｍｕｌ—　ｔｉｐａｔｈ　ｆｉｎｄｉｎｇ，ｒｅｄｕｃｉｎｇ　ｅｎｄ—ｔｏ—ｅｎｄ　ｄｅｌａｙ　ｉｓ　ｆｉｒｓｔｌｙ　ｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ　ａｎｄ　ｔｈｅｎ　ｋｅｅｐｉｎｇ　ｔｈｅ　ｅｎｅｒｇｙ　ｂａｌａｎｃｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　

ｎｅｔｗｏｒｋ．Ｔｈｅ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｒｅｖｅａｌ　ｔｈａｔ　ｏｕｒ　ｓｃｈｅｍｅ　ｈａｓ　ｌｏｎｇｅｒ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｌｉｆｅｔｉｍｅ，ｈｉｇｈｅｒ　ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ，　

ＣＮ４３—１２５８／ＴＰ　ＩＳＳＮ　１００７—１　３ＯＸ　计算机工程与科学　

ＣＯＭＰＵＴＥＲ　ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ＆ＳＣＩＥＮＣＥ　２００８年第３Ｏ卷第６期　

Ｖｏｌ。３０，Ｎｏ。６，２００８　

文章编号：１００７—１３ｏＸ（２ｏｏ８）ｏ６—０１０１—０５　

无线传感器网络多路径簇头链分簇式路由算法　

Ａ　Ｍｕｌｔｉｐａｔｈ　Ｃｌｕｓｔｅｒ——Ｈｅａｄ——Ｃｈａｉｎ　Ｃｌｕｓｔｅｒｉｎｇ　

Ｒｏｕｔｉｎｇ　Ｐｒｏｔｏｃｏｌ　ｆｏｒ　Ｗｉｒｅｌｅｓｓ　Ｓｅｎｓｏｒ　Ｎｅｔｗｏｒｋｓ　

吴迪，胡钢，倪刚，张卓，李威　

ＷＵ　Ｄｉ，ＨＩＩ　Ｇａｎｇ，ＮＩ　Ｇａｎｇ，ＺＩｔＡＮＧ　Ｚｈｕｏ，ＬＩ　Ｗｅｉ　

（河海大学计算机及信息工程学院，江苏常州２１３０２２）　

（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　ＣｏｍｐｕＷｒ　ａｎｄ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｏｈａｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｚｈｏｕ　２１３０２２，Ｃｈｉｎａ）　

摘要：本文分析了无线传感器网络路由协议的研究现状，重点研究了分簇式路由算法，并提出一种改进的算法——　

基于能量和距离的多路径簇头链（ＭＣＢＥＤ）算法。该算法不仅改进了簇头节点的选取方法，而且根据需要产生替补簇头节　

点，形成多路径簇头链。理论分析和仿真实验表明，改进后的算法分簇更加合理，提高了网络健壮性，节省能量，均衡节点　

能量消耗，显著延长了网络生存时间。　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ａｎａｌｙｚｅｓ　ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｒｏｕｔｉｎｇ　ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ　ｉｎ　ｗｉｒｅｌｅｓｓ　ｓｅｎｓｏｒ　ｎｅｔｗｏｒｋｓ，ｓｔｕｄｉｅｓ　ｔｈｅ　ｃｌａｓｓｉｃａｌ　

ｒｏｕｔｉｎｇ　ｐｒｏｔｏｃｏｌ　ａｎｄ　ｐｒｏｐｏｓｅｓ　ａｎ　ｉｍｐｒｏｖｅｄ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｃａｌｌｅｄ　ｔｈｅ　Ｍｕｌｔｉｐａｔｈ　Ｃｌｕｓｔｅｒ－ｈｅａｄ－ｃｈａｉｎ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｅｎｅｒｇｙ　ａｎｄ　Ｄｉｓｔａｎｃｅ