无线传感器网络
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3.1 路由协议的作用

无线传感器网络路由协议是无线传感器网络的关键技术之一,对于整个网络的运行性能起着非常重要的作用。

路由协议的作用是寻找一条或者多条从源节点到目的节点并且满足一定条件的路径,沿着所寻找的路径进行转发数据分组,它主要包括两个功能:一是寻找源节点和目的节点间的优化路径;二是沿着优化路径转发数据分组。

Ad-Hoc、无线局域网等传统无线网络的首要目标是提供高服务质量和公平高效地利用网络带宽。这些网络的路由协议的主要任务是寻找源节点到目的节点间通信延迟小的路径,同时提高整个网络的利用率,避免产生通信堵塞并均衡网络流量等。

在无线传感器网络中,第一,节点能量有限并且一般情况下没有能量的补充,因而在路由协议的设计中,需要考虑如何高效地利用能量;第二,传感器网络节点的数目往往很大,节点只能获取局部拓扑结构信息,路由协议要能在局部网络信息的基础上选择合适的路径;第三,在传感器网络中,没有基站的支撑,由于节点失效、新节点的加入,导致网络拓扑结构的动态变化,使得网络路由协议必须能够支持自组织的动态网络;第四,传感器网络具有很强的应用相关性,不同路由协议反映的特点各有不同,没有一个通用的路由协议;第五,传感器网络的路由机制经常与数据融合技术联系在一起,通过减少通信量来节省能量。因此,与传统网络的路由协议相比,无线传感器网络的路由协议具有以下特征:

1.能量优先

传统路由协议在选择最优路径时,很少考虑节点的能量消耗问题。由于无线传感器网络中节点的能量有限,传感器网络路由协议设计的重要目标是延长整个网络的生存期,因此首先要考虑节点的能量消耗以及网络能量均衡使用的问题。

2.基于局部拓扑信息

无线传感器网络为了节省通信能量,通常采用多跳的通信模式,节点有限的存储资源和计算资源,使得节点不能存储大量的路由信息,因而不能进行太复杂的路由计算。所以,无线传感器网络的路由协议要求在局部网络信息的基础上选择合适的路径。

3.以数据为中心

传统的路由协议通常以地址作为节点的标识和路由的依据,而无线传感器网络中大量节点是随机部署的,人们所关注的是监测区域的感知数据,而不是具体哪个节点获取的信息,网络运行不依赖于全网唯一的标识。传感器网络通常包含多个传感器节点到少数汇聚节点的数据流,按照对感知数据的需求、数据通信模式和流向等,以数据为中心形成消息的转发路径。

4.应用相关

传感器网络应用环境的千差万别导致没有一个通用的路由协议适合所有的应用。设计者需要针对每一个具体应用的需求,设计与之相适应的特定路由机制。

5.与数据融合技术相结合

传感器网络的路由机制经常与数据融合技术联系在一起,通过减少通信量来节省能量,在考虑节能的首要问题上,寻找最优路径。