wsn中路由协议的研究

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1、WSN中路由协议的研究　　摘要：无线传感器网络不同于传统网络，它对能源利用率要求较高，以便于延长网络寿命。因此，传统网络的路由协议并不能很好地适用于WSN。文中主要从原理、特点以及优缺点三个方面入手，对WSN中几种不同类型的典型路由协议进行了分析和总结。　　关键词：物联网；无线传感器网络；路由协议；能源利用率　　中图分类号：TP393文献标识码：A文章编号：2095-1302（2016）03-00-04　　0引言　　无线传感器网络（WirelessSensorNetworks，WSN）作为物联网的重要组成部分，具有广阔的应用前景[1]。传统网络主要应用于用户

2、间的数据通信和资源共享，相比之下，WSN应用范围更加广泛，例如环境监测、敌情侦查等。对于WSN路由协议，应用场景的不同会导致它们之间存在某些差异。本文主要从原理、特点以及优缺点三个方面对目前具有代表性的WSN路由协议进行分析，并对其特性进行归纳总结。　　根据WSN中传感器节点的特性以及节点间数据传输的特征，可以将WSN路由协议分为以数据为中心的路由、层次路由、地理位置路由以及基于网络流量和服务质量的路由[2]。　　1以数据为中心的路由10　　传统网络中的路由协议通常是通过地址找到相对应的资源，即以地址为中心；而对于WSN，传感器节点的部署却无规律。在这种情况

3、下，节点的具体编号对用户来说并不重要，用户只需要得到融合后的、有价值的数据即可，即WSN主要以数据为中心。以数据为中心的路由协议包括Flooding、Gossiping、SPIN、DirectedDiffusion和Rumor。　　1.1Flooding路由协议　　Flooding协议（洪泛路由协议）是一种传统的广播式路由协议[3]。当环境中的某一传感器节点监测或接收到数据时，无条件的将数据转发给自己的邻居节点。Flooding协议原理如图1所示。　　Flooding协议最突出的特点在于节点对数据进行“无条件转发”，直到数据传遍整个网络或是达到规定的跳数上限

4、为止。这一特点使得该协议容易实现，并且能较好地适应网络拓扑结构的改变。因此，它具有较强的鲁棒性，可以应用于军事领域或者恶劣环境。但该特点也给Flooding协议带来了一个致命的弱点，即信息爆炸问题。图1中同一个数据包被3次发送给E节点，这对于E节点来说，极大地浪费了能量。图2所示为其重叠问题示意图，其中深色部分为A、B节点所能感知到的区域的重叠部分，如果重叠区域有事件发生，那么该事件信息将被发送给C节点两次。重叠问题普遍存在而且很难避免，并且会随着节点分布密集程度的增大而变得愈发严重。　　目前来讲，Flooding协议过于浪费网络资源和节点能量，因此很少被直

5、接运用，一般将其作为衡量标准去评价其他路由算法。　　1.2Gossiping路由协议10　　Gossiping协议在Flooding协议的基础上演变而来。改进之处在于数据包被随机转发给某几个相邻节点，并非所有相邻节点，这可以在一定程度上控制信息内爆问题。但是由于节点转发数据包时随机选取的相邻节点可能并不是所有相邻节点里面距离该节点较近的几个点，很可能使得数据到达目的节点的时延增大，或是出现跳数已达最大但数据仍未传送到目的节点所导致的信息传送失败问题。　　1.3SPIN路由协议　　SPIN（SensorProtocolforInformationviaNego

6、tiation）协议基于Flooding协议，改进之处在于节点之间通过协商（Negotiation）的方式缓解数据冗余问题。该协议包含以下三种数据包类型：消息广播包（ADV）、数据请求包（REQ）和数据包（DATA）。　　图3所示为SPIN协议原理，其中S节点有新数据时则向其所有相邻节点发布ADV消息，假设A和C有该数据，则它们不回复给S任何消息；假设B没有该数据，则B需要回复REQ数据包，S收到REQ数据包后将原始数据DATA发送给B节点。B接收到DATA后与自己的数据进行融合并对B的相邻节点重复该过程。　　该路由协议的核心基于元数据（Metadata）的

7、协商（Negotiation）过程。协议中采用“三次握手”机制，即节点只对回复REQ信息的节点发送原始数据，这相比给所有相邻节点发送原始数据而言，大大减少了冗余数据的传输。　　该协议仍然有一些不足之处。若某一个节点收到多个相邻节点的REQ消息，这时需采用“退避算法”，该方法可能会增加时延，也可能会有某些节点对许多消息都“感兴趣”10，那么它将接收大量数据，这些节点的能量容易耗尽。　　1.4DD路由协议　　DD协议（DirectedDiffusion定向扩散路由协议）中路径的建立过程需要经历以下三个阶段：　　（1）“兴趣扩散”阶段，汇聚节点（Sink）采用周期

8、性洪泛方式广播自己的“兴趣”，即自己要接收何种类型的