能量感知路由协议的改进算法

WSN的路由协议分类2011年11月07日14:03 来源：本站整理作者：秩名我要评论(0) 目前国内外科研人员已设计了多种面向WSN的路由协议，将其分为四类：以数据为中心的、分层次的、基于位置的、基于数据流模型和服务质量（QoS）要求的。

（1）以数据为中心的路由协议此类路由协议是基于查询和目标数据命名之上的，通过数据融合减少冗余的数据传输。

①Flooding协议和Gossiping协议：这是两个最经典和简单的传统网络路由协议，在Flooding协议中，节点产生或收到数据后向所有邻节点广播，数据包直到过期或到达目的地才停止传播。

该协议具有严重缺陷：内爆（implosiON），节点几乎同时从邻节点收到多份相同数据；交叠（overlap），节点先后收到监控同一区域的多个节点发送的几乎相同的数据；资源利用盲目（resource blindness），节点不考虑自身资源限制，在任何情况下都转发数据。

Gossiping协议是对Flooding协议的改进，节点将产生或收到的数据随机转发，避免了内爆，但增加了时延。

这两个协议不需要维护路由信息，也不需要任何算法，简单但扩展性很差。

②SPIN协议：SPIN（sensor protocols for inf°rmatlon vla negotiation）协议节点利用三种消息进行通信：数据描述ADV、数据请求REQ和数据DATA。

该协议以抽象的元数据对数据进行命名，命名方式没有统一标准。

节点产生或收到数据后，用包含元数据的ADV 消息向邻节点通告，需要数据的邻节点用REQ消息提出请求，然后将DATA消息发送到请求节点。

该协议的优点是ADV消息减轻了内爆问题；通过数据命名解决了交叠问题；节点根据自身资源和应用信息决定是否进行ADV通告，避免了资源利用盲目问题；与Flooding 协议和Gossiping协议相比，有效地节约了能量。

其缺陷是：SPIN的广播机制不能保证数据的可靠传送，当产生或收到数据的节点的所有邻节点都不需要该数据时，将导致数据不能继续转发，以致较远节点无法得到数据；而当某sink点对任何数据都需要时，其周围节点的能量容易耗尽。

Zebra MAC协议的改进研究作者：张涌逸来源：《无线互联科技》2019年第20期摘; ;要：ZMAC协议是一种混合型MAC协议，吸取了分配型和竞争型的优点，是一种非常好的MAC协议。

MAC协议首要解决的就是能量消耗问题，而ZMAC考虑到的能量消耗问题不够。

文章在ZMAC协议的基础上引入了睡眠机制来降低能量消耗，改进了ZMAC协议在低冲突级别的发送方式，在自己的局部时隙可直接发送。

关键词：Zebra介质访问控制;邻居发现;时隙分配;时间同步1; ; 各项协议分析无线传感网络具有可感知性、传输性和抗击毁能力，这使得它的应用范围越来越广，但受到成本、能耗的制约，目前，还没有得到大规模的应用。

降低成本、能耗成为无线传感器网络目前的主要任务。

无线传感器网络协议结构有以下5层：物理层、链路层、网络层、传输层和应用层。

人们不只希望分层设计，更希望能实现跨层管理，好进一步降低能耗、提高效率及优化网络。

无线传感器网络链路层设计主要在介质访问控制（Media Access Control，MAC）层，MAC设计的好坏将直接影响网络性能的好坏。

人们对无线传感器网络的MAC层进行了大量的研究，从信道分配方式上看可分为竞争型、分配型和混合型。

基于竞争型的MAC协议有：TRAMA协议、BMA-MAC协议、直接内存访问控制器（Direct Memory Access Controller，DMAC）等;基于分配型的MAC协议有：S-MAC，B-MAC，RI-MAC等;基于混合型MAC协议有：Z-MAC，Funnel-MAC等[1-2]。

Zebra MAC协议是典型的混合型MAC协议，克服了竞争型和分配型MAC协议的缺点，吸取了它们的优点，具有很大的优越性，在数据传输率不高的时候采用CSMA，在数据率传输较高时才用时分多址（Time Division Multiple Access，TDMA）分配信道。

虽然ZMAC协议有很多优点，设计时也考虑了节能措施，但是ZMAC协议需要不停地工作，不能睡眠，而节点的能量消耗主要发生在发送、接收和侦听时，故有必要引入睡眠机制。

如何解决无线传感器网络中的节点能量耗尽问题无线传感器网络（Wireless Sensor Networks，WSNs）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系统。

这些节点具有感知环境、采集数据、处理信息和无线通信等功能，被广泛应用于环境监测、智能交通、农业等领域。

然而，WSNs中的节点能量耗尽问题一直是制约其发展的重要因素。

本文将探讨如何解决这一问题。

首先，我们可以通过优化节点能量管理策略来延长节点的工作寿命。

一种常见的策略是动态调整节点的工作模式。

例如，节点可以根据环境的变化自动切换工作模式，如从待机模式切换到休眠模式，或者根据任务的重要性切换到不同的工作模式。

此外，节点还可以根据自身的能量状况选择合适的工作模式，以平衡能量消耗和任务需求。

其次，我们可以通过优化数据传输协议来降低节点的能量消耗。

一种常见的协议是基于事件驱动的传输协议。

该协议只在检测到特定事件发生时才进行数据传输，避免了无效数据的传输，从而减少了能量消耗。

另外，协议还可以通过数据压缩、数据聚合等技术来减少数据传输量，进一步降低能量消耗。

此外，我们还可以通过节点能量的自我补充来解决能量耗尽问题。

一种常见的方法是利用环境中的能量资源，如太阳能、风能等，为节点充电。

通过在节点上添加太阳能电池板或风力发电装置，可以将环境中的能量转化为电能，为节点提供持续的能量供应。

此外，还可以利用节点之间的协作来实现能量的共享和传输，例如，节点可以通过无线充电技术向邻近节点传输能量，从而延长节点的工作寿命。

最后，我们可以通过优化网络拓扑结构来减少能量消耗。

一种常见的方法是通过节点的动态部署来优化网络拓扑结构。

节点的密度和位置对网络的能量消耗有重要影响。

通过合理部署节点，可以减少节点之间的通信距离，降低能量消耗。

此外，还可以通过选择合适的路由算法来优化网络拓扑结构，减少能量消耗。

例如，可以选择具有低能量消耗的多跳路由算法，避免节点之间的长距离通信，从而减少能量消耗。

第33卷第4期湖南科技学院学报V ol.33 No.4 2012年4月 Journal of Hunan University of Science and Engineering Apr.2012无线传感网络路由协议研究新动向梁小芝李玲香(湖南科技学院 计算机与通信工程系，湖南 永州 425100)摘 要：无线传感器网络因其明显的性能优势和巨大的应用前景而受到学术界和工业界越来越广泛的重视。

在无线传感器体系结构中，网络层路由协议是无线传感网络的核心问题。

文章阐述了无线传感器网络的特点，路由协议的要求，并对重要的路由协议工作原理进行了技术分析，从协议性能的角度比较了各个路由协议的特点，最后在文中对WSN路由协议的研究仍存在的问题和挑战进行了论述，指出了未来无线传感器网络路由协议的研究方向。

关键词：无线传感器网络；路由协议；数据融合；QoS；安全机制中图分类号：TP79文献标识码：A 文章编号：1673-2219（2012）04-0073-050 引 言无线通信技术、数字信号处理以及传感器技术的高速发展和日益成熟，为以信息获取、信息处理和传输为基础的无线传感器网络[1]（Wireless Sensor Networks，WSNs）提供了有力的支持。

无线传感器网络在军事国防、环境监测、生物医疗、抢险救灾以及商业应用等领域具有广阔的应用前景。

与无线传感器网络最为相似的移动自组织网络（mobile Ad Hoc networks，MANET），尽管两者都是无线自组织多条网络，但差异很大：节点数量极大，节点不一定具有全球唯一的标识；分布密度远远超过以往ad hoc网络中的节点数；大部分节点不像MANET节点一样快速移动；节点出现故障的可能性明显大于MANE网络；节点的存储能力、计算能力和电能极其有限；节点主要采用广播方式通信，而MANET网络大都采用点对点方式通信；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，或提出新的路由协议。

无线传感器网络中的数据传输和网络协议无线传感器网络是一种由许多相互连接的无线传感器节点组成的网络，它可以感知和收集环境中的各种数据，并传输到指定的目的地。

数据传输和网络协议是无线传感器网络正常运行的基础，本文将详细介绍无线传感器网络中的数据传输和网络协议，以及相应的步骤。

一、无线传感器网络中的数据传输无线传感器网络中的数据传输是指将传感器节点收集到的数据通过网络传输到指定的目的地。

数据传输的步骤如下：1. 数据采集：传感器节点根据预设的任务进行数据采集，可以是环境温度、湿度、压力等各种物理量。

2. 数据压缩：由于无线传感器网络的资源有限，需要对采集到的数据进行压缩，减小数据的大小。

3. 数据编码：将压缩后的数据进行编码，为了节省能量和网络带宽，通常采用低功耗的编码算法。

4. 数据传输：将编码后的数据通过无线信道传输到目标节点或基站。

数据传输可以采用单跳传输或多跳传输的方式。

5. 数据接收：目标节点或基站接收到传输的数据，通过解码和解压缩还原成原始数据。

二、无线传感器网络中的网络协议无线传感器网络中的网络协议用于管理和控制传感器节点之间的通信，确保数据传输的可靠性和稳定性。

常用的网络协议有以下几种：1. MAC协议：MAC协议用于控制传感器节点之间的介质访问，避免冲突和碰撞。

常用的MAC协议有CSMA/CA、TDMA和FDMA等。

2. 路由协议：路由协议用于确定数据传输的路径，将数据从源节点传输到目标节点。

常用的路由协议有LEACH、AODV、DSDV等。

3. 网络协议：网络协议用于实现节点之间的通信，包括寻址、拓扑管理和数据传输协议等。

常用的网络协议有IP、ICMP、UDP和TCP等。

4. 安全协议：安全协议用于保护无线传感器网络的数据和节点的安全。

常用的安全协议有AES、DES和RSA等。

5. 应用层协议：应用层协议用于实现特定的应用功能，例如数据的存储、查询和处理。

常用的应用层协议有HTTP、FTP、SNMP和CoAP等。