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正文摘录:

陈瑞等：无线传感器网络的路由协议研究(1)物理层无线传感器网络的传输介质可以是无线电波、红外线或光介质。通常传感器网络的节点基于射频电路，可使用免许可证频段ISM(工业、科学和医疗)～2.4GHz(全球)、433MHz(欧洲)和917MHz(美国)。值得注意的是.工作在这个频段必须考虑到其他系统的影响，如802.11b和蓝牙等无线系统。物理层的设计主要考虑如下几个方面：简单、低耗的调制方式；信号的传输效率；传输、传感和处理单元小型化、低功耗、低成本。(2)数据链路层数据链路层负责节点接入，降低节点问的传输冲突等，保证传感器网路中点到点和点到多点的连接。无限传感器网络的MAc(MediumAccessContr01)协议最重要的是能量的有效利用，其次是服务质量和移动性。一些有针对性的协议已经提出，如SMACS(Self一()rganizingMedi—umAccessControlforSensorNetworks)、EAR(Eaves—drop—And—Register)协议、基于CSMA的MAC协议以及基于TDMA／FDMA的MAC协议等。(3)传输层传输层提供差错控制和流量控制等功能。由于传感器网络的计算资源和存储资源都十分有限，而且数据传输量通常不大.是否需要传输层是一个问题。但在节点需要连接到Internet或其他传感器网络时，传输层的重要性体现出来“’。目前相关的研究和文献都还不多。(4)应用层在应用层采用不同的软件，实现传感器网络不同的应用目的。4无线传感器网络的路由协议网络层负责将传输层提供的数据路由到信息收集节点。其设计主要考虑如下因素：(1)能量的有效利用仍是最重要的原则；(2)以数据为中心；(3)数据的聚合；(4)提供与外部网络的连接。传感器网络的路由协议有平面型和层次型两种。4.1平面路由协议(1)Flooding泛洪指接收到消息的节点以广播的形式转发分组。对于自组织的传感器网络而言，泛洪路由是一种较直接的实现方法，但由于广播带来的消息“内爆”和“重叠”是他固有的缺陷。为克服这些缺陷，(30ssiping策略被提出来，节点随机选取一个相邻节点转发他收到的分组.而不是采用广播的形式。但这种方式带来的另一个问题是端到端的延迟可能增加。16(2)SPIN(Sensor‘Protoco[forIn：for‘mationviaNegoti—ation)SPIN是以数据为中心的自适应路由协议，通过数据协商克服泛洪的缺点。数据协商的方式为：①源节点发布广播消息ADV，告知周围节点有新数据要传输；②这个新数据感兴趣的周围节点向源节点发请求消息REQ；③源节点收到REQ后.向感兴趣的节点发送数据包DATA。这样避免了无目的泛洪。SPIN是一种周期性协议，每隔一段时间传感器节点就会采集一次数据.并启动数据协商过程将此数据发送出去。(3)定向扩散(DirectedDiffusion，DD)协议DD协议中的路由是通过信息收集节点发起而建立的，他是专门为无线传感器网络设计的。信息收集节点周期性地向传感器网络中广播Interest’s数据包，告知网络中的其他节点他对什么信息感兴趣，以此来寻找数据源。网络中的每个节点只了解给他发送请求的相邻节点。节点通过建立一个梯度(Gradient)来转发“询问”给他的相邻节点。梯度越大则在这个方向上找到源节点的可能性就越大。这个过程中，Interests到达了源节点，一个临时的梯度场建立了。源节点沿梯度最大的方向传输数据到信息收集节点。梯度最大路径也就是功耗最小路径，即定向扩散每次都寻找到功耗最低的路径来传输数据。其缺点是节省能耗的同时会导致整个网络节点的能耗不均衡，使得这条最低功耗路径上的节点过早死亡。4.2层次路由协议(1)I。EA(：H(I。OW—EnergyAdaptiveClusteringHie卜archy’，低功耗自适应集群构架)【。EACH是第一种应用于无线传感器网络的层次路由协议。其后的大部分层次路由协议如PEGASIS.TEEN等都是在他的基础上发展而来的。I。EACH算法的每一轮(Round)由聚类阶段(SetupPhase·)和稳定阶段(Steady～StatePhase)组成。为使能耗最小，稳定阶段持续的时间比聚类阶段长。在聚类阶段，随机选择一个传感器节点作为聚类头节点(Cluste!～}leadNode，CH)，随机性确保聚类头节点与基站之间数据传输的高能耗成本均匀地分摊到所有传感器节点上。成为聚类头节点的节点主动向周围广播信息，其他节点根据收到的广播信息的强度来选择要加入的聚类，并告知相应的聚类头节点。类型成后，聚类头采用时分复用的方式分配通道使用权给类内节点。在稳定阶段，节点持续采集监测数据，传送到聚类头节点，由聚类头节点对数据进行必要的融合和压缩等，并将整合后的数据发送到基站或汇节点。稳定阶段持续一段时间后，网络进入下一轮工作周期，重新选择聚类头。