无线传感器及其路由

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摘 要

无线传感器网络是物联网的重要组成部分。而网络层所使用的路由技术的优劣，将直接影响着无线传感器网络传输数据的效率、速度、网络生存周期等性能指标。无线传感器网络路由算法一直是研究的热点，对于路由优化问题的研究具有较大意义。

【关键词】无线传感器 路由协议

1 无线传感器网络分析

无线传感器网络是一种新型的，由节点获取信息的网络技术。在无线传感器网络中没有固定基础设施，所有信息都是由若干以自组织方式结合的、带着有限能量的传感器节点所获取。这些传感器节点拥有分布随机、体积小、价格低、部署容易等特点。无线传感器网络的三个要素是感知对象、传感器和观察者。无线传感器网络的作用是利用各种节点互相协作的采集感知、分析、处理其部署区域内相关的信息，并以无线通讯技术将处理后的信息传输给基站或用户。

无线传感器网络是一种以一组传感器节点在有限区域内使用移动自组技术和多跳技术（Ad hoc方式）构成的无线网络。在其核心功能（感知、采集、处理、发送）基础上，其每一个节点都利用磁感应器、红外感应器、声感应器等感知设备获取信息，并自带电源且具有一定的计算功能。节点是无线传感器网络的核心数据获取设备，它们既可以充当信息的采集者，同时又充当了簇头节点、信息处理节点等角色。

无线传感器节点在收集覆盖区域内的信息时，扮演了整个网络中数据采集者的角色，它们通过网络通讯协议和路由协议将处理后的信息直接或间接的传输给基站（base station）或汇聚节点（sink node）。无线传感器节点还作为整个网络中的数据中转站，它们在传输自身收集处理的信息之外，还要接收附近节点处理的信息，并将自己收到的信息转发给同向传输的其他节点，或直接转发给基站及汇聚节点。在发送的同时，无线传感器节点还会将接收到附近节点传输的数据进行数据融合，在一定准则下加以自动分析、综合，从而让信息更加精简有效。节点与节点间对于信息的处理、融合、汇聚和交流基于专用的节点网络协议，从而更好得对给定部署区域内的信息进行收集、识别、跟踪、定位、探测以及精确获取。

2 无线传感器网络体系结构分析

无线传感器网络从根本上说是由一组分布在指定区域廉价的传感器节点，通过各种无线传输介质连接构成的一个无线网络。在现实的安装过程中，无线传感器的网络节点需要通过飞机播撒或自动装置的方式随意地、大量地部署在实现指定的监测区域内部或附近，因此具有很大程度的随机性。无线传感器网络的基本体系结构包括三部分：传感器节点（sensor node）、汇聚节点（sink node）以及基站（Base Station）。

3 无线传感器节点的组成分析

传感器网络的节点在一个无线传感器网络分布区域基础支撑平台中，是由一个组织结构相当紧密，功能模块划分极其细致的嵌入式系统组成的。其中包含的四部分单元模块以及功能主要有：（1）传感器单元模块（Data acquisition unit）；（2）处理器单元模块（Process unit）；（3）无线传输通信单元模块（Data transfer unit）；（4）能量供给单元模块（Power unit）。

4 评价传感器网络路由协议的性能指标

按照前文提到的无线传感器网络路由协议的功能和特点，可以由此总结出以下四个评价无线传感器网络路由协议性能高低的指标：

4.1 能量高效

由于无线传感器网络能量有限，设计的路由协议需要考虑节能以延长其使用寿命和使用周期。

4.2 数据信息传输过程中的吞吐量和传输延时

数据信息传输过程中的报文传输质量的好坏，是评价一个路由协议性能高低指标，其中包含了网络吞吐量和传输延时。

4.3 传输数据信息与控制信息之比

这项指标体现了网络数据传输过程中带宽的利用率高低。

4.4 发送延迟时间

在无线传感器网络中，从传感器节点提出需要发送的有效数据信息开始，到有效数据被完全传输的时间。

综上所述，在设计和研究无线传感器网络路由协议的过程中，依照不同应用对于整个网络的需求，关注能量高效、数据信息传输过程中的吞吐量和传输延时、传输数据信息与控制信息之比、发送延迟时间四个主要性能指标，协调地完成整个传输工作。

5 无线传感器网络路由协议的分类

随着无线传感器网络在各个领域的广泛应用，研究学者已经依照不同的应用需求和不同的使用环境，研究出了许多种类的无线传感器路由协议。根据不同的分类依据，无线传感器网络路由协议应该分成不同的类别，主要的分类方法有如下两个：

（1）按照网络拓扑结构标准进行分类，可以将路由协议分成：平面路由协议和分层次路由协议。

（2）按照网络应用特性进行分类，可以将路由协议分成：能量感知的路由协议、基于查询的路由协议、基于地理位置的路由协议和基于服务质量（QOS）的路由协议。

6 结语

随着无线通信行业在各个领域的发展，物联网正在成为人们生活、工作、学习的一个重要组成部分，它在各个方面都给人们带来了方便快捷的服务。无线传感器网络是物联网的重要组成部分，随着人们对无线传感器网络的逐渐熟悉和深入了解，对于通信和互联网行业提出了更高的要求和全新的挑战。传统的无线通信和互联网行业只有从网络技术的最基层开始，逐步对无线传感器网络进行改进以适应发展的需要。而怎样让无线传感器拥有更快的传输速度、更优的运行方式、更长的使用寿命和生存周期一直是在使用无线传感器网络的各个领域急待解决和优化的问题，而这个问题的最主要解决方案就是设计一个优秀高效的无线传感器路由协议。

参考文献

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[2]刘徐迅，曹阳.一种无线传感器网络能量平衡路由[J].华中科技大学学报，2008，36（2）：95-98.

[3]贺鹏.移动Ad Hoc网络中路由与拓扑控制技术的研究[D].西安：西安电子科技大学， 2007.

通讯作者

张睿智 湖南工学院 计算机科学与信息学院 湖南省衡阳市 421002

作者简介

尹岚（1982-），女，湖南省衡阳市人。现为南华大学数理学院讲师，在读博士，主要从事核聚变与等离子体物理研究。

作者单位

南华大学数理学院 湖南省衡阳市 421001