无线传感器网络

基于地理位置的无线传感器网络路由无线传感器网络的定义无线传感器网络（wirelesssensornetwork,WSN）是由具有感知、处理和无线通信能力的微型节点通过自组织方式形成的网络，是一种全新的信息获取平台，能够实时监测和采集网络分布区域内的各种检测对象的信息，并将这些信息发送到网关节点，以实现复杂的指定范围内目标检测与跟踪，具有快速展开、抗毁性强等特点，有着广阔的应用前景。无线传感器网络具有众多类型的传感器节点，可用来探测地震，电磁，温度，湿度，噪声，光强度，压力，土壤成分，移动物体的大小、速度和方向等周边环境参数。无线传感器网络的任务是利用传感器节点来检测节点周围的环境，收集相关数据，然后通过无线收发装置采用多跳路由的方式将数据发送给汇聚节点，再通过汇聚节点将数据传送到用户端，从而达到对目标区域的监测。它综合了计算技术、通信技术以及传感器技术，能通过各类集成化的微型传感器协作地实时监测、感知和采集各种环境信息或被监测对象的信息，这些信息以无线方式发送，并以自组多跳的网络方式传送到用户终端，从而实现物理世界、计算机世界以及人类社会三元世界的连通。无线传感器网络体系结构一个典型的无线传感器网络结构包括传感节点、汇聚节点、互联网或通信卫星和管理节点等。随着人们对传感器网络研究的不断深入，研究人员提出了多个传感器节点上的协议栈。物理层：实现信道的选择、无线信号的监测、信号的发送与接收等功能数据链路层：负责数据成帧、帧检测、媒体访问和差错控制。该层又可分为媒体访问控制（MAC）子层和逻辑链路控制（LLC）子层。网络层：负责路由生成与路由选择，主要功能包括分组路由、网络互连、拥塞控制等。路由协议的功能是在传感器节点和汇聚节点之间建立路由，可靠地传递数据。传输层：负责数据流的传输控制应用层：主要负责获取数据并进行初步处理，包括一系列基于监测任务的应用层软件能量管理平台：其任务是能量分配，尽量延长网络的可用时间，要考虑各个协议层的节能。移动管理平台：主要对节点移动进行检测和注册，维护到达节点的路由任务管理平台：是根据应用需求平衡和优化调度任务无线传感器网络的主要关键技术物理层关键技术信道接入技术无线传感器网络路由拓扑控制技术覆盖技术数据融合技术定位与跟踪技术无线传感器网络路由关键技术1.无线传感器网络路由概述路由协议的作用是寻找一条或多条满足一定条件的、从源节点到目的节点的路径，将数据分组沿着所寻找的路径进行转发，故路由协议的功能是：一是搜索满足条件的从源节点到目的节点的优化路径；二是转发数据分组。目前根据无线传感器网络的结构、路由协议自身的特点以及应用类型等，将路由协议分为：以数据为中心的路由协议、基于层次结构的路由协议、基于地理信息的路由协议、基于多路径的路由协议2.路由歉协议膏设计念的关渐键问残题(1宇)节点拦部署杆：根遭据不琴同应唯用合屑理地涉部署宏无线呢传感影器网喜络节位点，茶尽量望减少本对路疏由协渔议的炮影响(2迅)数据陵精确拳前提母下的达能耗沸：无剃线传爬感器未网络扬中的烛节点观数目攀较多攻，在碧进行定精确裹计算姑时，乎部分臭节点铺可能乒由于贿要进罢行大剧量计斜算和证传输澡信息设，而产使节鼓点的辞电池瓶能量宪消耗旦殆尽(3贿)以数哥据为鹊中心腊的数阀据报盐告模托型：任无线踏传感款器网巷络的吗数据依报告限依赖编于应束用与卷时间叉响应冲特性(4雷)鲁棒患性与缓容错疲性：赶节点鸣可能貌会由婆于能缝量耗觉尽、盒物理芳损坏铁或环环境干叼扰等唤因素江造成爷故障取或失谅效，代而这特不应旬该影脉响整终个网洽络服刷务(5窗)网络猛动态域性：桃在许尺多应棒用需碎要考殿虑传醋感节尼点或齐基站四的移悄动(6朝)数据步融合里：由艰于传似感节老点可征能会疗产生饰许多纤重复宽冗余幼的数站据，毛可以群将从隙多个蔑不同兰节点论传输辩的相名同的遣数据匪分组僻进行竞数据胖融合陡以降鸦低通路信量3.几种浇典型掠的路榨由协冶议Fl剥oo包di碑ng路由太协议Di债re呈ct旁ed重D冲if疮fu猪si栋onLE倒AC拾H路由揉协议GE星AR路由话协议Fl慨oo蝇di战ng路由版协议Fl且oo裙di枝ng协议哨是一淹种传作统的夏洪泛霞路由贸协议敌，Fl堪oo月di炕ng协议械不要蹄求维今护网玻络的芹拓扑虑结构搅和相裤关路荒由计熟算信建息，沸仅要过求节每点在井接收局到信石息后怠以广侨播的添方式秧向邻阴居节德点转刊发数催据包好，邻鸡居节性点重毅复执焰行上阳述过梨程，泰直到筹数据茫包到兄达目俭的地猴或者炮该数裹据包亭的生欣命周拾期结姥束优点:实现号简单缺点碰：信茎息的蚀“重屋叠”阔和“缎內爆想”“汽资源颜盲点前”Di激re郑ct蚁ed舍D岔if影fu茶si机onDi永re醋ct舰ed炕D初if消fu疼si昏on即定鼠向扩分散路很由协童议，沃是一娘种以废数据盾为中认心并团基于设查询未的路陈由技伤术。大为了猴能够鸽适应播网络屋拓扑舅的动座态变奸化，矮定向且扩散稻路由亩协议内周期富性地暑对网邮络进俯行路度由维农护和浅更新护，其辟主要托分为3个阶艺段：肾兴趣货扩散携、梯和度建浇立和混路径械加强兴趣汪扩散梯度局建立路径今加强优点舟：节叫点仅队与邻颂居节性点通恼信，跳因此孤不用才全局暮的地肿址机光制；踪蝶为了季节省稿能量靠消耗施，每留个节舰点都昏可以板进行猪数据崇融合始；数周据的剂发送嫂是基欲于按院需查授询的威，节焰点无则需维段护拓编扑结挣构，叔因此盘可以晒减少障能量未消耗智。缺点桂：由抛于它摧是基熔于查离询驱戏动的礼路由顿协议耍，因线而不歌适用厦于环继境监灰测等秤某些纯紧急凳上报请应用拣的无献线传封感器垦网络厦。另蓬外，袋对于出不同似的应欠用，昨需要持定义汉不同挑的<属性妈，值>对，掘从而午限制含了它衫的应节用。LE盘AC坟H路由趟协议LE测AC糟H（lo桨w页en夜er舍gy荡a算da霉pt遇iv侵e润cl雁us常te杜ri纱ng各h辽ie特ra功rc戒hy）是MI躁T研究滤人员A.脾Ch亲an机dr社ak充as拉an等人企为无逮线传朗感器撑网络种设计野的第色一个兆低功蜂耗自盖适应夸聚类壤路由益协议价。其基刊本思直想是策将节醋点组机织成张簇结株构形毕式，构每个厉簇有额一个怠簇头活节点(c个lu惰st颤er刃he恭ad丢n那od终e)，其梅他节鹊点作宾为非董簇头晌节点针。所唯有的诞非簇届头节箭点只害与本创簇头凭节点稿通信袋，而恼簇头祝节点绑会收共集簇娱内非黑簇头从节点任的数尊据，瞎进行仇融合股后传碰输到椒汇聚拴节点疼。但汁簇头形节点鞠消耗武能量辩多，茅则使连用轮衡转的滤方式咳选举义簇头赢，对介每一兴个传优感器拔节点走按照浸平均胀功耗愈分配孟能量帐的使汽用，嫌达到浙降低聋能耗羡和延番长网绕络生酬存周窗期的恋目的GE喷AR路由馋协议GE造AR是基菌于地域理位游置的宪路由睁协议费，它字建立危汇聚隶节点长到事另件区枕域的叉优化柱路径族，充锣分考抓虑了虎能源遭有效绩性。一种币基于辣地理返位置宵的无聋线传乎感器军网络半路由辫协议在无洞线传内感器唇网络鉴中，早路由枕协议嘉有很丹强的亮应用聚相关牧性，页不同料种类丘的应速用中魔，路沟由协储议的线差别汉很大正。在干大量掠的应羽用中全，节属点采熊集到脾的信吃息需万要结朵合节伸点自挖身的摄地理悟位置扔才有刻实际芝意义启，如惜环境香温度互检测荡、目嫩标跟著踪等例。在留这类丛应用咸中，意节点旅借助言于定融位工岂具，壮获得浊自身叔的地昏理位悬置信译息，享并将禾这些滨信息怨存储渠在本记地。控利用赏这些练存储帝在本晓地的价地理迷位置捧信息敌来建冈立路垦由，兽可以贸降低赏网络址因专缘瑞门维购护路吧由协岸议所廉需信沃息而词产生绣的能亚量开敏销。凡这类肃路由壤协议昌被称法为基权于地演理位妇置的恶路由教协议惰。基于拴地理呜位置怨的路晃由协相议大链都采黑用贪婪亩算法，只此是在海处理妙“路退由空盯洞”先时存盆在不留同。粥这里嚷的贪倦婪算拨法是载指：倦如果顺邻居坛节点决中有泽比自袋己到当目的瘦节点往的距幸离更佩近的零节点过存在柳，那碎么就蛛从自践己的磨邻居螺中选灯择距炉离目袖标节年点最财近的拍节点染作为渴下一院跳节腥点。任而发南生路疯由空带洞则杨是指株：所葱有的汤邻居耍节点蓝都比销自己迎到目刑的节骑点的取距离貌远，球这时加路由梦过程疼还没尊有结勿束，马但是恋无法早再用全贪婪瞒算法垄选出踏下一墓跳节跨点。锦当使唇用贪爪婪算抛法进督行包搬的转详发时新，节愚点通丘过本透地计杯算就吉可以妄从邻静居中沃选出慎下一释跳节拘点，资算法刷的复师杂度境很低予，不奶需要帮发送辞任何鸡数据去包以脆外的春路由克包，峰因此壁通信蜡开销推很低东。但冠是在柏产生灭路由伯空洞扮后，街节点孩就需抢要向梨邻居满节点胡试探杨性的置发送凤路由闻包，衰以试坟图解药决路剪由空预洞，壁这导必致算毒法的薪复杂皮度上就升，吨同时消也造肿成通猜信开成销的估增加芬。因找此，呢路由知空洞吩解决斧的不弄好会者影响帜基于遍地理废位置洋路由织协议灭的性兴能。假设帜节点驴的位削置固卸定不助变；诊所有谁的节溪点都骂已经功借助拾于定哄位系尝统知至晓自渡己的壤地理齿位置起；所挽有节日点的跌发射些功率其都相炭同，聚从而在其通宜信半准径相蚊同；得所有罩节点陵都知给晓其穴通信陶半径忍内的所其它糟节点蹦的地周理位绢置，碎并把宿这些你其它既节点餐称为歼邻居糠或称捷为一鼻跳可垮达的着节点拾。如图1所示把，S为源喉节点岸，D为目漏的节帝点，I、J是以T为圆承心，T的感努应半丙径为经半径响的圆挣和以D为圆横心，TD为半孩径的爷圆的帽两个衬交点扬，在拆这里封我们协称两骆个圆芒的交屡点为惜路由蛮空洞瓣的顶呆点。域按照遇贪婪乡丰算法偶思想扒，从S选择材离D最近朴的邻考居A为下进一跳候，同挤理A选择T为下朋一跳籍。但谨是T的所静有邻坊居都辜比自拣己到D的距血离远猜，也惭就是鲁说产河生了狗路由老空洞汉，如预图1中阴青影所鹅示。为了敏降低箱路由辛算法厉的复枝杂度乳，减巩少通撤信开快销，秤提出关了一同种基席于最虎大绕宜过概基率转塑发(M健PF厨)的路陷由选猾择算禽法。和在正怕常情叠况下麦，MP豪F使用营贪婪锅算法斑选择被下一否跳路地由，周而在盲产生霸路由扰空洞袭时，昏该算斧法会威选择修绕过读路由基空洞属概率讲最大忧的邻利居节画点作免为下作一跳欧。定理修：路冠由空想洞顶恼点I、J的位葛置绕议过路墓由空蓬洞的涨概率训最大决。如图2所示批，对妄于在T的感凭应半冒径内访的任寇一节色点N，都蓄作两拌次移倒动：1、沿禾着圆D的径损向，舌向圆复心D移动哈到圆D的圆砌周；2、沿敲着圆D的圆医周移肯动到触空洞荐顶点I。以帽点N或N’或I为圆亏心，姨以节旷点的籍通信烟半径秘为半厌径的拣圆与绩圆D的相吐交部伴分的坏面积钱被分慎成S1和S2两部屠分，享其中S2是被沫路由咱空洞阁覆盖嗓住的莲部分坟，而暗在S1内出流现的旁节点胸的集虑合对T来说乞恰是咸两跳讨可达牢并且麦可以闭绕过骗路由列空洞榜的节张点集旨合。因此装，为秀了证贵明路雕由空薄洞顶编点处贩绕过封路由甚空洞渔的概苦率最长大，吸只需刮要证止明在颜圆T内出尖现的测任意站节点N对应卷的S1都小雨于空停洞顶哑点I对应排的S1即可银。证明酒：显然倡，圆N’的S1大于稍圆N的S1；圆N’和圆I的S1嫌+S堪2必然导相等志；圆N’的S2大于絮圆I的S2，从狡而圆I的S1必然贩大于拾圆N’的S1。所决以圆N的S1小于禾圆I的S1。证歪毕。显然乌，T的邻膝居节照点中秆到路汉由空绿洞顶辛点I或J距离辩最近蹄的节贺点是及绕过跨路由纲空洞析概率酿最大峰的节衬点。如果俗节点袋知晓规多跳概可达惯的节盛点的司位置桨信息姥，那策么路闭由空糟洞的零产生昨概率婆将大弓大降欲低。善对于跑节点框密集域部署础的无添线传冠感器档网络幅来说赠，存形储相微邻多付跳节嘴点的亩位置莲信息廊，会写产生副很大额的空凯间开锯销，捏在维拣持这敬些信脚息时奸又会械产生肢很大怀的通洁信开王销，涝这些阳开销布都随李着跳名数n的增损加呈漂指数蓬级增万长。滩限制n=以2，并握采用片这样修的方脂式：先当节证点T在一臭跳可孔达的康节点括中找县不到想比自蓄己更龙近的耀节点信时，盟就向