无线传感器网络路由算法分析

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1、南京邮电大学颀．L_研究生学位论义第一章绪论1．2无线传感器网络体系结构1．2．1无线传感器网络系统结构无线传感器网络典型的体系结构如图1．1所示。节点具有传感、信号处理和无线通信功能，它们既是信息包的发起者，也是信息包的转发者。通过网络自组织和多跳路由，将数据向网关发送。网关节点能力相对较强，它连接传感器网络和外部网络，实现两个协议栈之间的通信协议转换，将收集的数据转发到外部网络，如Intemet、卫星或移动通信网络等等，大规模的应用可能使用多个网关。节点由于受到体积、价格和电源供给等因素的限制，通信距离一般较短，只能与自己通信范围内的邻

2、居交换数据。要访问通信范围以外的节点，必须使用多跳路由。为了保证网络内大多数节点都可以与网关建立无线链路，节点的分布要相当的密集。／，／‘一～＼＼＼、、网关信摩器节点图1．1无线传感器网络体系结构图1．2．2无线传感器网络节点结构在不同的应用中，传感器节点设计也各不相同，但是它们的基本结构是一样的。节点的典型硬件结构如图1．2所示，主要包括电池及电源管理电路、传感器、信号调制电路、AD转换器件、存储器、微处理器和射频模块等。节点采用电池供电，一旦电源耗尽，节点就失去了工作能力。为了最大限度的节约电源，在硬件设计方面，要尽量采用低功耗器件，在

3、没有通信任务的时候，切断射频部分电源；在软件设计方面，各层通信协议都应该以节能为中心，必要时可以牺牲其他的一些网络性能指标，以获得更高的电源效率。3南京邮电大学硕J二研究生学位论文第一章绪论图1．2无线传感器网络节点结构图1．2．3无线传感器网络协议栈随着无线传感网络的深入研究，已提出了多个传感器节点的协议栈。图1-3(a)是一个较常见的协议栈，它包括物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层，与互联网协议栈的五层协议相对应。另外协议栈还包括能量管理平台、移动管理平台和任务管理平台。这些管理平台使得传感器节点能够按照能量高效的方式协同工作，

4、在节点移动的传感器网络中转发数据，并支持多任务和资源共享。各层协议和平台的功能如下：1．物理层提供简单但健壮的信号调制和无线收发技术；2．数据链路层负责数据成帧、帧监测、媒体访问和差错控制；3．网络层主要负责路由生成与路由选择；4．传输层负责数据流的传输控制，是保证通信服务质量的重要部分；5．应用层包括一系列基于监测任务的应用层软件；‘6．能量管理平台管理传感器节点如何使用能量，综合协调各层节省能量；7．移动管理平台监测并注册传感器节点的移动，维护到网关节点的路由，使得传感器节点能够动态跟踪其邻居的位置；8．任务管理平台在一个给定的区域内平

5、衡和调度监测任务。图1．3(b)中的诸多机制一部分融入到图1-3(a)所示的各层协议中，用以优化和管理协议流程；另一部分独立于协议外层，通过各种收集和配置接口对相应机制进行配置和监控。例如：1．能量管理，在图1-3(a)@的每个协议层次中都要增加能量控制代码，并提供给操作系统进行能量分配决策。2．QoS管理，在各个协议层设计队列管理、优先级机制或者带宽预留等机制，并对特定应用的数据给予特别处理。3．拓扑控制，利用物理层、链路层或路由层完成拓扑生成，反过来又为它们提供基础信息支持，优化MAC协议和路由协议的协议过程，提高协议效率，减少网络能4

6、南京邮电大学硕l：研究生学位论文第一章绪论量消耗。4．网络管理，要求协议各层嵌入各种信息接口，并定时收集协议运行状态和流量信息，协调控制网络中各个协议组件的运行。(b)图1．3传感器网络协议栈1．3无线传感器网络的特点1．3．1无线传感网络的网络特征目前常见的无线网络包括移动通信网、无线局域网、蓝牙网络、Adhoc网络，其中只有移动AdHoc网络(MobileAdHocNetwork)与无线传感网络最为接近【2】，所以本文先以AdHoc网络与无线传感网络进行比较。他们之间有许多共同点，例如：网络拓扑都是动态可变的，能量都是十分有限的资源，网

7、络节点之间都是通过无线通信进行联系等等。但是针对MANET特点所设计的路由协议不能直接用到传感器网络中去，因为他们之间虽然有很多共同点，但是在以下方面他们还是有较大的区别。首先，移动AdHoc网络通常是每个节点一个主人，而传感器网络往往是被同一个主人所拥有，因此传感器网络更利于从全局进行优化，而不必过多考虑公平性问题。传感器网络是集成了监测、控制以及无线通信的网络系统，节点数目更为庞大(成千甚至上万)，节点分布更为密集。其次，传感器网络是任务型的网络，脱离传感器网络谈论传感器节点没有任何意义，而且节点的数量往往十分庞大，若传感器网络中的节点

8、每个都有唯一的全局识别ID作为全局标志，那将需要大量的开销，因此不同于传统的基于IP的路由协议，在传感器网络中一般不采用全局标识。气一网络管理一南京邮电大学硕Ij研究生学位论文第