【毕业学位论文】无线传感器网络路由协议研究与节点设计

分类 号 校 代 码 10495 600 学 号 0815133010武汉纺织大学硕士学位论硕士学位论硕士学位论硕士学位论文文文文无线传感器网络路由协议研究无线传感器网络路由协议研究无线传感器网络路由协议研究无线传感器网络路由协议研究与节点设计与节点设计与节点设计与节点设计作者姓名：作者姓名：作者姓名：作者姓名：谢屈波谢屈波谢屈波谢屈波指导教师：指导教师：指导教师：指导教师：夏定纯夏定纯夏定纯夏定纯教授教授教授教授学科门类：学科门类：学科门类：学科门类：工学工学工学工学专专专专业：业：业：业：计算机应用计算机应用计算机应用计算机应用研究方向：研究方向：研究方向：研究方向：工业控制工业控制工业控制工业控制完成日期：完成日期：完成日期：完成日期：二零一一年三月二零一一年三月二零一一年三月二零一一年三月声明本人郑重声明 ： 所呈交的学位论文 ， 是本人在导师的指导下 ， 独立进行研究工作所取得的成果 。 除文中已经注明引用的内容外 ， 本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果 。 对本文的研究作出重要贡献的个人和集体 ， 均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名： 签字日期： 年 月 日学位 论文版权 使用授权 书本学位论文作者完全了解武汉纺织大学武汉纺织大学武汉纺织大学武汉纺织大学有关保留 、 使用学位论文的规定 。 特授权武汉纺织大学武汉纺织大学武汉纺织大学武汉纺织大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印 、 缩印或扫描等复制手段保存 、 汇编以供查阅和借阅 。 同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名： 导师签名：签字日期： 年 月 日 签字日期： 年 月 日论文 题目：无 线传感器 网络路由 协议研究 与节点设 计 专业 ：计算机 应用 硕士 生：谢屈 波指导 老师：夏 定纯 摘要无线传感器网络是现代通信一个新的研究领域 ， 是一种全新的信息获取 、 处理和传输技术 ， 通常包含大量的传感器节点 。 如今 ， 无线传感器网络技术被应用到了各行各业 ，可以预见，这项新技术的发展和广泛应用，将极大地影响人类的生活。本文重点研究了无线传感器网络路由技术及在实际应用中无线传感器节点的设计 。首先阐述了无线传感器网络的概念 、 特点 、 关键技术 ， 在深入分析了几种有代表性的无线传感器路由的基础上 ， 以 详细分析了其运行过程 ， 指出了其算法的优缺点。在 同时提出了对 接着对于如何搭建一个硬件实验平台进行了分析与设计 ， 以实际的采集震动信息为例 ， 首先分析了节点的四个硬件组成部分 ， 以及在实际中经常使用的模块 ， 接着介绍了当前在监控领域中应用较广的 以基 于 设计 节点。 通过分 析检测 震动过 程的实际需要 ， 画出了 并实际制作出了终端节点 。 通过设计出的终端节点 ， 进行通信实验，从实验中得到了检测到的震动的实时曲线。关键词：无线传感器网络；路由协议； 用研究e： SN) .引言 .无线传感器网络介绍 .课题的背景及意义 .本文的内容和结构 .线传感器网络 .无线传感器网络体系结构 .无线传感器网络路由协议简介 .本章小结 .线传感器路由协议研究与仿真 .网络仿真工具 .无线传感器网络协议仿真及比较 .本章小结 .统实验平台 .传感器节点 .系统平台搭建 .通信实验与分析 .本章小结 .论 .研究工作总结 .未来工作及展望 . . .着智能化技术的不断进步，社会的不断发展，人们对于监控的需求越来越大 。 但传统的有线监控已无法完成现在监控的需求 ， 传统的有线监控在以下一些方面表现的不足： （ 1） 投资大 。 须挖沟埋管 ， 在野外布线极为不便 ， 系统本身安全性难以得到保障 ，施工周期长。（ 2） 组网不够灵活，可扩展性低。对于已布置好的线路，很难进行再次修改。（ 3） 维护成本过高。为了解决有线监控在实际运行中的困难 ， 无线监控的应用因运而生 ， 现在用无线进行监控已成为主流 ， 随着 3 无线监控的能力越来越强 ， 发展的态势将越来越好 。 而在这些技术当中 ， 无线传感器网络 (术的发展势头更加迅猛。无线传感器网络是在计算 、 通信和传感器 3项技术的结合下产生的 ， 这得力于无线通信和数字电子技术方面的进步和日益成熟。无线传感器网络是集信息采集、信息传输、信息处理于一体的综合职能信息系统 ，具有 广阔的 应用前 景。在 2000年时 ，美国 国防部 就将传 感器网 络列为 其国防 的 5个尖端领域之一 。 同时 ， 无线传感器网络还被评为 21世界最有影响的 21项技术和改变世界的 10大技术之一 。 无线传感器的应用范围广泛 ， 涉及军事应用 、 工业监控 、 环境监测 、医疗监护、智能家居、物流管理、交通控制等诸多领域。 无线传感器网络是当前在国际上备受关注的 、 涉及多学科高度交叉 、 知识高度集成的热点研究领域。 无线传感器网络是由一组传感器以 目的是协作地感知采集和传输感知到的信息给观察者。无线传感器网络由传感器 、 感知对象和观察者 3个基本要素构成 。 无线网络是传感器之间 ， 传感器与观察者之间的通信方式 。 无线传感器网络的大部分节点或者全部节点都可以移动自己的位置 ， 这使得节点间的关系会随着节点的移动不断发生变化 。 节点间以 个节点都可以充当路由器的角色，且每个节点都具备动态搜索 、 恢复连接和定位的能力 。 观察者可以主动的查询或者收集无线传感器网络的所收集到的信息，也可以被动的接收无线传感器网络传送的信息1。观察者通过对收集到的信息进行分析处理，然后采取相应的措施，以到达某种目的。感器网 感器网 络的特点与其它传统无线网络相比，无线传感器网络具有以下一些特点： (1)硬件资源有限 。 传感器节点由于受价格 、 体积和功耗的限制其计算能力存储能力和通信能力比普通的计算机要弱很多。(2)电源能量有限 。 节点由电池供电 ， 电池电量有限 。 其特殊的应用环境决定了在使用过程中当电池电量耗尽时 ， 就无法更换电源模块 ， 节点也就失去作用 。 所以在设计传感器网络时，任何协议和技术的使用都要以节能以延长网络寿命为前提2。(3)自组织 。 无线传感器网络的部署无需有其它的网络进行支持 ， 同时节点位置在布置前也无法确定其位置 ， 节点间通过分层协议和相应算法协调 。 节点在运行后能快速的、自动的组成一个独立的网络。 (4)无中心 。 所有的节点地位平等 ， 无线传感器网络中没有严格的控制中心 ， 是一个对等式的网络。节点的加入、离开或者损害不会影响到整个网络的运行。(5)节点数量大 ， 分布密度高 。 为了对一个目标区域执行监测任务 ， 往往有成千上万个传感器节点被投放到该区域 。 数量很大且节点分布密集 ， 从而使系统有较好的容错性和抗毁性。(6)动态拓扑。无线传感器网络是一个动态网络，节点会因为各种原因退出网络 ，也可能由于应用需要新的节点被添加到网络中，这些都会使网络的拓扑结构动态变化 ，因此要求传感器网络系统能够适应这种变化具有动态的系统可重构性3。(7)多跳路由 。 网络中节点的通信距离有限 ， 一般只有几百米 ， 只能与节点周围的邻居节点进行通信 。 如果要和相距很远的节点进行通信 ， 需要中间节点进行路由 。 固定网络的多跳路由一般由路由器进行处理 ， 在无线传感器网络当中没有相应的设备和只进行路由的节点。多以节点既是信息的发起者，也是信息的中转者。 (8)面向应用的网络 。 不同的应用背景对传感器网络的要求不同其硬件平台 ， 因此软件系统和网络协议必然会有很大差别 ， 针对每一个具体应用来研究无线传感器网络技术，这是无线传感器网络设计不同子传统网络的显著特征。感器网 络的研究 进展无线 传感器 网络的 研究起 步于 20世纪 90年代 末期， 从 2000年开 始，出 现了一 些有关无线传感器网络发展和研究的报道。特别是在国外，像美国 ， 、日本等一些国家对无线传感器网络进行了大量的研究 ， 在美国 ， 通过国家自然科学基金委员会 、 国防部门和军事部门的努力，取得了不少的成绩。 其中强调战场情报的感知能力 、信息利用能力和信息的综合能力 ， 在这其中把无线传感器网络作为一个非常重要的研究领域来对待，设立了很多相关的研究课题。2001年 ， 美国陆军提出了 “ 灵巧传感器网络通信 ” 计划 ， 并被政府批准 。 美国陆军还确立了 “ 无人值守地面传感器群 ” 项目。2002年 5月，美国 共同应对生化恐怖袭击 4。他们在人口密集的公共场合安装了大量的传感器以实时监测是否有有害物质 。 系统一旦监测到有危险发生时自动进行引导旅客避难 ， 并封锁有关入口等。2002年底 ， 因特尔公司发布了 “ 基于微型传感器网络的新型计算发展规划 ” 。 以后 ，因特尔还将致力于微型传感器在预防医学 、 环境监测 、 森林灭火以及行星探查等领域的应用。在美国自然科学基金的推动下 ， 美国的众多高校加入了研究的行列 ， 包括麻省理工学院 、 加州大学洛杉矶分校 、 美国加州大学伯克利分校等 。 英国 、 日本 、 意大利等国家也纷纷加入到研究的队伍中。在国内，一些大学和科研机构的研究人员已开始加入这一全新的网络技术。比如 ：哈尔滨工业大学 、 中科院计算所 、 清华大学 、 国防科技大学等 。 同时也有一些公司在研制这些产品。感器网 络的关键 技术由于无线传感器网络的特殊性 ， 从其研究的关键技术来看 ， 其热点和难点主要集中在以下几个方面： (1)网络拓扑控制无线传感器网络是自组织网 ， 自动生成网络拓扑结构 。 拓扑控制是指在满足区域覆盖度和网络连通度的条件下 ， 通过节点发送功率的控制和网络关键节点的选择 ， 删掉不必要的链路生成一个高效的网络拓扑结构 ， 以提高整个网络的工作效率 ， 延长网络的生命周期。良好的网络的拓扑结构能提高链路和路由协议的效率，为上层的数据融合 、 目标定位 、 时间同步等许多应用奠定基础 ， 有利于整个网络的负载平衡从而延长整个网络的生存时间。 (2)网络协议无线传感器网络中的单个节点的存储和计算能力都很弱 ， 这决定了传统网路中的协议不适合无线传感器网络，必须根据无线传感器网络的自身特点去设计适合它的协议 。在无线传感器网络中 ， 路由协议不仅需要考虑单个节点的能耗问题 ， (3)时间同步时间同步直接关系到无线传感器网络协议的运行以及运行在其上的应用 。 网络中的每个节点都有自己的本地时钟 ， 即使在某一个时刻系统内的节点都同步了 ， 随着时间的推移 ， 有些节点的时钟会出现偏差 ， 如果系统需要睡眠很多节点时 ， 就会可能在规定时间内有不会唤醒的可能。(4)定位定位在无线传感器网络当中是一个非常关键的技术 ， 没有位置信息的数据几乎是没有 实际 意 义的 。 在类 似 于追 踪 和环 境 监测 中 ，位 置 都是 必 须的 。 早前 常 用 系统 ，但 昂 贵 、结 构 复杂 ， 不符 合 节点 价 格低 的 特点 ， 所以 需 要研 究 适合 的 定位算法。 (5)节能无线传感器网络中的节点能量有限 ， 且节点不容易充电和更换电源 ， 一旦节点电源耗尽，节点也就成了一个死节点。无线传感器网络上的能耗主要消耗在传输数据上 ， 所以要研究在不影响性能的情况下减少数据量传送的机制。(6)数据融合在部署无线传感器网络节点时采用了高密度部署的方式，使得数据有很大的冗余 。在网络中 ， 能量的主要的消耗就是数据传输产生的 ， 大量的数据冗余是不符合无线传感器网络的 。 因此 ， 通常有一些节点具有数据融合的功能 ， 节点通过自己的计算能力和存储能力来综合处理来自多个传感器的数据 。 数据融合可以降低数据的冗余 、 提高信息的准确度、节省了能量，丹可能会增加传输的延时。感器网 络的应用随着技术的不断进步 ， 目前已有许多无线传感器网络投入使用 。 无线传感器网络的特性奠定了它在许多的领域都有重要的应用 ， 比如军事 、 环境监测 、 智能家居 、 援救以及外太空探索等。 (1)军事应用由于无线传感器网络具有密集型 、 随机分布 、 低成本的特点和自组织 、 抗毁性高的特性 ， 使其非常适合于恶劣的战场环境中 。 无线传感器网络中的部分节点的离开和损坏不会使这个网络瘫痪 ， 这是传统网路技术无法比拟的 ， 这一特性也是军事方面所要求的 。无线传感器网络在军事方面 ， 可以用来监控我军兵力 、 装备和物资 ， 监视冲突区 ， 侦查地形，定位攻击目标等。同时无线传感器网络还可在对付化学武器方面发挥重要作用 。与独立的卫星和地面雷达系统相比 ， 多节点的联合形成了覆盖面很大的实时监控区域 ， 多传感器的混合应用可以提高探测的性能指标，可以有效地提高信噪比和消除探测区内的阴影和盲点。 (2)医疗护理无线传感器网络在医疗研究 、 护理领域也大有作为 。 如在医院病人的身上安装特殊用途的传感器节点 ， 就可以对病人的心跳和血压进行监测 ， 通过无线传感器网络 ， 医生就可以随时知道病人的情况并进行处理 。 还可以利用无线传感器长时间地收集人的生理数据，提供给制药公司以研制新药。此外，还可以应用到药物监管方面。 (3)环境监测在环境监测中 ， 可以监测土壤的成分变化 ， 为农作物的培育提供依据 ； 可以监测大气的成分变化，从而对城市的空气污染进行监测；可以监测空气的湿度和温度的变化 ，实现森林火险的预警。无线传感器网络可以轻松地采集到人工很难采集到的原始数据 。此物，无线传感器网络还可以对野生动物进行监测。(4)家庭应用无线传感器网络还可以用在家用自动化和智能环境当中 。 随着科技的进步 ， 智能传感器节点和启动器内置于微波炉 、 录像机和冰箱中 。 这些内置的节点可以通过 程用户可以很方便的管理家里的用电器。 (5)其它应用无线传感器网络还可以应用到灾难拯救 、 仓库管理 、 交互式玩具 、 工厂自动化等众多其它方面。 背景及 意义正是由于传统的有线监控难于完成一些新的要求 ， 且无线传感器网络具有很大的灵活性 ， 以及无线传感器网络的重要性 ， 越来越多的人投身到这个领域的研究当中 。 无线传感器网络可以运用到军事 、 医疗 、 环境监测 、 家庭运用等各行各业 ， 由于不同运用有其特殊的环境，因此此领域也还有许多待研究的问题。 内容和 结构本文主要依托实验室已有的平台 ， 对无线传感器网络进行研究 。 内容涵盖了无线传感 器 网 络 的 基 本 理 论 ， 试 验 中 搭 建 监 控 实 验 平 台 ， 在 无 线 传 感 器 网 络 上 的比较了和其他两个协议的比较，同时按照搭建的实验平台，利用基于 文组织结构如下： 第一章绪论，介绍了传统的无线监控存在的问题，介绍了无线传感器网络的特点 、键技术和常见的无线传感器的应用。 第二章介绍了无线传感器网络的基本内容 ， 包括无线传感器网络的体系结构 ， 无线传感器网络常见的协议、以及设计协议时的关键技术问题。第 三章 介 绍了 无 线传 感 器网 络 中的 一 个具 体 协议 分析 了 机制以及 为了看到具体的协议数据 ， 将协议在 并用 通过具体的曲线比较 3中协议的优缺点以及改进 四章为搭建硬件实验平台进行具体的实验环节 。 首先接受了搭建硬件平台的软硬件基础 ， 选用了基于 然后在上位机上用自编的软件对获取的数据进行分析，并得到相关的曲线。 第五章为总结全文所做的工作，并指出了其中的不足，以及改进的方式。感器网 感器网 络体系结 构 无线传感器网络的体系结构通常分为软件体系结构和硬件体系结构 。 从硬件的角度来看 ， 无线传感器网络由部署在待检测区域内大量传感器节点组成 ， 通过无线通信方式形成多跳自组织的网络系统 ， 其目的是通过传感器感知到信息后采集数据 ， 然后由节点把数据传送到用户。其体系结构如图 联网 或卫 星任 务管 理节 点接 收器待 测区 域 传 感器 节点用 户图 协作完成指定任务的对象。每个节点上运行的程序可以是完全相同的，每个节点用不同的 无线传感器节点由能量供应模块 、 无线电通信模块 、 处理器模块和传感器模块 4部分组成，整个结构如图 5。传 感器 处 理 器存 储器 网 络 发器能 量 供 应 模 块传 感器 模块 处 理器 模块 无 线通 信模 块图 通过无线信道实现网络间的通信。为了延长网络的使用时间，减少能耗是无线传感器网络考虑的重点 ， 在传输数据的时候必须减少通信量 ， 在实现中一般在本地完成必要的数据融合 。 在应用上体现以网络为中心的思想，通过网络来体现节点的功能 6。在软件的角度来看，无线传感器节点硬件简单，可以直接在硬件上进行软件编程 ，但在工程实践中存在很多问题 ： (1)大大增加了应用程序开发的难度 ， 软件程序员必须对硬 件十 分 熟悉 。 (2)程 序员 无 法继 承 现有 的 软件 成 果， 延 长开 发 周期 。 (3)无 法形 成 规模化，使用新的芯片，则上层模块都必须改写。 根据无线传感器网络特性设计的网络体系结构具有二维的结构 ， 即横向的通信协议层和纵向的管理面 。 通信协议层划分为五个层 ， 分别是物理层 、 链路层 、 网络层 、 传输层 、 应用层 。 网络管理面分为移动性管理 、 能耗管理以及任务管理 。 其二维结构图如 络服 务接 口网 络服 务接口 网 络服 务接 口 输控 制 路 由信 道接 入安 全 机制无 线电 红 外线 光 波拓 扑 生 成网 络 管理 接口拓 扑 管理能 量 管理网 络 管理物 理层链 路层网 络层 传 输层应 用层图 1） 物理层无线传感器网络的传输介质可以是红外 、 无线 、 或者光介质 。 使用红外技术的传感器网络 ， 需要在收发双方之间建立数据传输通路 。 在物理层技术选择方面 ， 能耗问题是设计的关键 。 传感器网络的信道属于近地面信道 ， 在传播传播过程中损耗较大 ， 其损耗与天线高度距离地面有关 ， 天线距地面越近则消耗越大 ， 这是传感器网络物理层设计的不利因素 7。但是这些不利因素却减小了设计方面的难度。目前， 同时 ， 容错控制也是物理层应该考虑的问题 ， 一些节点会因为外部的环境的变化脱离网络变成无效节点 ， 这些无效节点不应该影响到整个传感器网络的功能。（ 2） 数据链路层数据链路层由数据流的多路复用 、 数据帧检测 、 媒体接入和差错控制构成 。 在通信网络中提供点到点和点到多点的可靠连接。介质访问控制在无线自组织网中 ， 个任务 。 第 1个任务是建立网络的基本构架 。在无线传感器网络中密集的分布着成千上万的节点， 2个任务是保证这些节点公平有效地共享通信的资源。由于无线传感器网络的特殊要求，传统的 线传感器网络中的 动管理以及自恢复策略。差错控制数据链路层的另一个重要功能是保证传输数据能够真确的到达对方 。 目前 ， 通信网中差错控制模式主要有两种：自动重传请求 (前向差错控制 (在无线传感器网络中，能耗是我们最关心的问题，在多跳网络中，当使用 重传丢失和延迟的数据 ， 重复传输延迟的数据时会增大通信量从而加快能量的消耗 ， 故不适合无线传感器网络，故在无线传感器网络中一般不采用这种方式。 只有低复杂度的循环码被应用到无线传感器网络中 ， 其他适合传感器网络的差错控制方案仍处在继续研究中。 （ 3） 网络层网络层主要研究的是传感器网络通信协议 ， 即无线传感器网络的路由协议 。 路由协议是无线传感器网络的关键技术之一 ， 与有线网络和蜂窝无线网络不同 ， 无线传感器网络中没有在全网统一的控制中心。传统的 了增加路由可达度 ， 需要要保证节点的稳定运行 。 在通信的过程中 ， 传感器节点中一般使用广播式通信 ， 路由算法也使用广播方式进行优化处理 。 此外 ， 与传统的网络路由技术相比 ， 在设计无线传感器网络的路由算法时 ， 应把能耗标准放在至关重要的位置上 。以数据为中心是无线传感器网络的网络层与传统网路的重大区别 。 在传感器网络中人们只关心某个区域的某个特定观测指标的值，而不必关心具体到某个节点的观测数 据 。 而传统网络传送的数据是和节点的物理地址联系起来的 ， 以数据为中心的无线传感器网络特点能够脱离传统网络的寻址过程 ， 快速有效的组织起各个节点的信息并融合提取出有用信息直接传送给用户 9。（ 4） 传输层由于传感器网络的计算和存储能力都非常有限，但通常有大量数据要进行传输 ， 计算和存储能力的有限限制了网络的运用。 点在全局的范围内都有唯一的地址，但对于传感器网络来说， 同时 在传输的过程中 ， 有很多确认数据的传输 ， 确认数据需要很多的存储空间和消耗很多的能量 ， 这是无线传感器网络无法接受的 。 因此 ， 类似于不需要确认的 感器网 络路由协 感器网 络路由协 议的特点网络数据的传输离不开路由协议 ， 但传统无线自组织网络路由协议并不适合无线传感器网络 。 与传统的路由协议相比 ， 无线传感器网络路由协议具有以下一些特殊的特点 。（ 1） 以数据为中心无线传感器网络中的大量节点随机部署在各个地方 ， 所关注的不是单个个节点采集的信息 ， 而是监测区域的感知数据 ， 某一区域的数据可能经过某一节点对数据进行了融合，因此得到的数据可能是多个节点采集到的信息。 （ 2） 随应用变化而变化传感器网络的应用环境千差万别，不能用一个路由机制来适合所有的运用环境 ， 针对不同的运用，设计不同的路由协议，这是传感器网络应用相关性的一个体现。 （ 3） 能量优先传统路由协议在选择最优路径时，由于节点有持续的电源供电，一般不把能耗放在优先考虑的位置 。 而无线传感器网络当中 ， 由于运用环境的特殊性 ， 一般不可能提供持续电源和更换节点中的电源模块 ， 因此在设计路由协议时 ， 主要考虑能量消耗的问题 。因此需要考虑节点的能量消耗以及整个网络能量均衡 ， 一个节点的能量消耗完毕 ， 就自动脱离了网络。当多个节点脱离网络时，就会影响网络的性能。 （ 4） 随局部拓扑信息的变化而变化无线传感器网络的一个基本问题是在节点只能获取局部拓扑信息和资源有限的情况下 ， 如何通过这些有限的信息实现高效的路由 。 在以能量优先思想的指导下 ， 一般采用多跳的通信模式 。 节点在计算能力和存储能力的限制下 ， 不能存储大的路由信息和进行大的路由计算。 总之 ， 高效路由的主要关注的是如何提高网络的生存时间 ， 减少冗余数据 ， 减小传输延时，增强网络的稳定性，并考虑各个节点，特别是簇头节点的覆盖性能。 为了延长网络的存活时间 ， 必须采用某些折中的机制 ， 比如用户需要在网络吞吐量 、 通信延迟方面做出平衡 。 与无线传感器网络相比 。 传统网络路由协议的设计的更加关注的是提供高的服务质量和高效利用网络带宽 ， 其次才会考虑能量的节约 。 因此想把传统的传统路由协议运用到无线传感器网络环境中运行 ， 必须对其进行改进 ， 使其适合于无线传感器网络的具体运用。通过对无线传感器网络路由协议特点的分析以及无线传感器网络的运用环境 ， 可以总结出设计一个好的传感器网络路由协议必须实现的目标 10：（ 1） 尽可能减少不必要的开销以最大限度的延长网络生存时间，高效地利用有限的网络资源，因此路由协议必须具备简单性和节能性，并一直遵循能量优先的原则。 （ 2） 路由协议的设计需要以数据为中心，具备数据融合能力。在发送数据时，能有效地去除无线传感器网络内的冗余信息，节约有限的工作能源。（ 3） 路由协议应该采用分布式运行方式，即不采用统一的中心管理的方式，这样的协议能适应网络拓扑的动态变化，提高系统的鲁棒性，。 （ 4） 路由协议的设计必须具备鲁棒性和可扩展性。无线传感器网络具有自身特有的特点，为了采集到精准的数据，一般采用高密度的部署方式，这使得节点数目众多 ，同时这些网络节点容易受到损坏 ， 这要求路由协议能处理这些问题 。 同时需要保证传感器节点的随时加入和退出不会影响到全局任务的下常执行 ， 少量节点的死亡不会影响到整个网络的运行。 （ 5） 使协议尽可能具有比较高的安全性和有一定的服务保证。按照网络的结构，路由协议一般可以分为平面路由，层次化路由。无线传 感器网络 路由协议（ 1） 泛洪 (议和闲聊 (议这是两个经典的传统网路路由协议，无线传感器网络早期使用这两个协议。个分组被赋予了一个生存时间 (节点向它的所有邻居节点广播收到的数据 ， 分组被传播一次 ， 当 或者目标节点收到分组，该分组就被丢弃。 泛洪算法实现简单 ， 但也存在明显的缺陷 ： 在无线传感器网络中 ， 节点的分布十分的密集 ， 向所有的邻居广播数据会存在以下两个问题 ： 一是节点会同时从多个相邻的节点收到同一个分组的多个副本 ， 即内爆 。 二是节点会收到同一监控区的多个节点的相同数据，即重叠。如图 r,s)(q,r)rq(a)(a)D A a)内 爆 (b)重 叠图 .4(a)中， 节点都收到了数据， 和 而中包含了相同的数据，即 的几个副本，发生了内爆。在图 2.4(b)中， ， 节点，发生了重叠情况。够支持一个节点对所有节点或者任意节点间的通信 ， 主要适用于数据分发的场合 。 但资源的浪费是协议的主要缺点。 要解决了内爆问题，实现时，节点将收到的数据或产生的数据随机的转发给一个或者几个相邻的节点 ， 而不是进行全网的广播，但这无法消除重叠的问题，由于只随机的向周围的几个邻居节点发送消息 ，可能这些节点都不是最好的下一跳路径，因此 （ 2） 议 在发送完整的数据之前用元数据与相邻的数据协商，只有当相邻节点需要时才发送，故 创建一个 新数据进行通报。 当节点收到 查看是否对 如果敢兴趣且以前没有请求过该消息 ， 就发送 发送 一个节点需要发送数据时 ， 他会首先用 只有那些感兴趣的邻居才会返回一个数据请求消息 如此不停的循环 ， 体的过程如图 传输的过程中 ， “ 兴趣 ” 是一个重要的参数 ， 当一个节点收到 要查看 节点决定是否对其有 “ 兴趣 ” ， 这使得用户可以定义各种各样的 “ 兴趣 ” ，使 个节点只需知道他的单跳邻居节点并用 通过数据命名解决了交叠问题 。 然而 ， 由于 而数据传输的延迟比较大。在传送大量数据时，延时情况更加的明显，同时带来了一些额外的消耗。3） 定向扩散定向扩散 (以数据为中心的路由协议，用于基于查询的无线传感器网络中 ， 按照需要建立传感器节点到 整个过程可以分为兴趣扩散 、 梯度建立及路径加强三个阶段。 路由建立由用户发送查询命令启动 ， 用户开始发送的查询命令用来探测网络中的可能路径 。 查询在网络中洪泛 ， 节点收到后为其创建 “ 梯度信息 ” ， 并进行转发 。 “ 信息梯度 ” 包含了下一跳节点和时间戳 ， 也包含了信息采集