（计算机系统结构专业论文）无线传感器网络均衡层次路由协议的研究.pdf

式标明。本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：董监 日 期：皇翌21 曼 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同 意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论 文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：堑睦导师签名：丛递车日期：丝f 旦：圭 j弋；f， ，sii 2 1w s n 体系结构4 2 1 1 节点结构4 2 1 2 网络结构5 2 2w s n 路由协议的特点和设计要求6 2 3w s n 分层路由协议简要分析6 2 3 1l e a c h 与l e a c h c 8 2 3 2t e e n 1 0 2 3 3p e g a s i s 1 0 2 3 4 各路由协议的性能比较1 1 2 4 本章小结1 2 第三章基于a c o 的无线传感器网络分簇路由协议1 3 3 1 问题的提出1 3 3 2 蚁群算法1 3 3 2 1 蚁群算法的原理1 4 3 2 2 蚁群算法应用于w s n 的优势1 5 3 3a c o c h 网络模型和能量消耗模型1 6 3 3 1 网络模型1 6 3 3 2 能量消耗模型1 6 3 4a c o c h 路由算法1 7 3 4 1 簇组织分析1 7 3 4 2 初始簇头选择1 9 3 4 3 簇头选择及簇的形成算法2 0 3 4 4 数据传输描述2 0 3 4 5 算法描述2 l 3 5 仿真验证2 3 山东大学硕 ：学位论文 3 5 1 生命周期2 4 3 5 2 能量消耗2 4 3 5 3 接收数据量2 5 3 6 本章小结2 6 第四章基于a c o 的无线传感器网络非均匀双簇头路由协议2 7 4 1 协议设计思路2 7 4 2a c o u d c 网络模型与能量消耗模型2 8 4 2 1 网络模型2 8 4 2 2 能量消耗模型2 8 4 3a c o u d c 协议的描述2 9 4 3 1 非均匀簇分析2 9 4 3 2 簇内路由协议3 0 4 3 2 1 簇头选择与簇的建立3 0 4 3 2 2 数据传输3 l 4 3 2 3 算法描述3 1 4 3 3 簇间路由协议3 3 4 3 3 1 建立路由表3 3 4 3 3 2 利用蚁群算法建立最优路径3 3 4 4 仿真验证3 4 4 4 1 生命周期3 5 4 4 2 能量消耗3 6 4 4 3 接收数据量3 7 4 5 本章小结3 7 第五章总结3 9 参考文献4 0 致谢4 5 攻读学位期间发表的学术论文目录4 6 i i 1i；f。 山东大学硕_ i ：学位论文 t a b l eo fc o n t e n t s a b s t a c ti nc h i n e s e i a b s t r a c ti ne n g l i s h c h a p t e r1 i n t r o d u c t i o n 1 1 1b a c k g r o u n d 1 1 2p u r p o s ea n ds i g n i f i c a n c e 2 1 3o r g a n i z a t i o n 3 c h a p t e r2 t h eo u t l i n eo f w s n 4 2 1s u m m a r yo f w s n r o u t i n gp r o t o c o l 4 2 1 1s t r u c t u r eo f s e n s o rn o d e 4 2 1 2b a s i ca r c h i t e c t u r eo f w s n 5 2 2c h a r a c t e r i s t i ca n dd e m a n do f w s nr o u t i n gp r o t o c o l 6 2 3a n a l y s i so f w s n c l u s t e r i n gr o u t i n gp r o t o c o l 6 2 3 1l e a c ha n dl e a c h c 8 2 3 2t e e n 1 0 2 3 3p e g a s i s 1 0 2 3 4p e r f o r m a n c ec o m p a r i s o n 1 l 2 4s u m m a r y 1 2 c h a p t e r3 a c o - b a s e dc l u s t e r i n gr o u t i n gp r o t o c o lo f w s n 1 3 3 1t l l ep r o b l e m 1 3 3 2a n tc o l o n ya l g o r i t h m 1 3 3 2 1t h e o r y 1 4 3 2 2s u p e r i o ra p p l i e di nw s n 1 5 3 3n e t w o r km o d e la n de n e r g yc o n s u m p t i o nm o d e l 1 6 3 3 1n e t w o r km o d e l 1 6 3 3 2e n e r g yc o n s u m p t i o nm o d e l 1 6 3 4a c o c hr o u t i n ga l g o r i t h m 1 7 3 4 1a n a l y s i so fc l u s t e ro r g a n i z a t i o n 1 7 3 4 2n o d el o c a t i o na l g o r i t h m 1 9 3 4 3c l u s t e rh e a ds e l e c t i o na n dc l u s t e rf o r n a a t i o na l g o r i t h m 2 0 3 4 4d a t at r a n s m i s s i o n 2 0 3 4 5d e s c r i p t i o no f t h ea l g o r i t h m 2 1 3 5s i m u l a t i o n 2 3 i i i 詈，。墨曼! 曼鼍曼，! ，生窒塞2 圣耋塑至三三耋兰耋耋堇圣二，! 曼曼! 詈，詈，：。皇詈一 3 5 1l i f et i m e 2 4 3 5 2e n e r g yc o n s u m p t i o n 2 4 3 5 3d a t ar e c e i v e db yb s 2 5 3 6s u m m a r y 2 6 c h a p t e r4 a c o b a s e du n e v e nd o u b l ec l u s t e r - h e a d sr o u t i n gp r o t o c o l 2 7 4 1d e s i g nt h r e a d 2 7 4 2n e t w o r km o d e la n de n e r g yc o n s u m p t i o nm o d e l 2 8 4 2 1n e t w o r km o d e l ：2 8 4 2 2e n e r g yc o n s u m p t i o nm o d e l 2 8 4 3d i s c r i p t i o no f r o u t i n gp r o t o c 0 1 2 9 4 3 1u n e v e nc l u s t e r 2 9 4 3 2i n t r a c l u s t e ra l g o r i t h m 3 0 4 3 2 1c l u s t e rh e a ds e l e c t i o na n dc l u s t e ro r g a n i z ea l g o r i t h m 3 0 4 3 2 2d a t at r a n s m a t i o n 3 1 4 3 2 3d e s c r i p t i o no f t h ea l g o r i t h m 31 4 3 3i n t e r - c l u s t e ra l g o r i t h m 。3 3 4 3 3 1r o u t i n gt a b l e 3 3 4 3 3 2o p t i m a lp a t h 3 3 4 4s i m u l a t i o n 3 4 4 4 1l i f et i m e 3 5 4 4 2e n e r g yc o n s u m p t i o n 3 6 4 4 3d a t ar e c e i v e db yb s 3 7 4 5s u m m a r y ：3 7 c h a p t e r5 s u m m a r ya n de x p e c t a t i o n 3 9 r e f e r e n c e s 4 0 a c k n o w l e d g e m e n t 4 5 p u b l i s h e da c a d e m i cp a p e r s 4 6 i v ， f 无线 技术、嵌 领域备受 通信自组 送给用户 景，可应 自身特点有限的能量、计算能力和通信能力，使其与传统网络有很大差别， 能量高效均衡成为无线传感器网络的首要设计目标。 路由协议是无线传感器网络的核心，而经过验证层次路由协议能量均衡性 较高，它将网络划分为多个相互连接的簇，簇头节点负责收集成员信息并与汇聚 节点进行通信。层次路由协议可有效减少数据通信量，提高网络的可扩展性，适 合大规模部署网络并显著延长网络生命周期。本文以能量高效均衡为重点，研究 无线传感器网络层次路由协议。 1 针对经典分簇路由协议l e a c h ( l o we n e r g ya d a p t i v ec l u s t e r i n g i - i i e r a r c h y ) q 了随机产生簇头节点，簇头节点数目不确定，并且未考虑节点地理位 置和剩余能量，提出基于a c 0 ( a n tc o l o n yo p t i m i z a t i o n ) 的分簇路由协议 a c 0 c h ( a n tc o l o n y b a s e dc l u s t e r - h e a da l g o r i t h m ) 。首先通过对整个网络系统能 耗进行分析确定最佳簇头数目；在网络初始化阶段由汇聚节点来指定初始簇头节 点，簇头节点均匀分布于监测区域：采用基于蚁群优化的自适应分簇策略，利用 信息素浓度概念，综合考虑节点能量及位置信息进行簇头选择和簇的形成，使网 络不断进化为最优的拓扑结构，合理分配簇头负载从而延长网络寿命。 2 针对大规模无线传感器网络的特点，簇内采用单跳通信方式，簇间采用 多跳通信模型，提出a c o u d c ( a n tc o l o n y - b a s e du n e v e nd o u b l ec l u s t e r - h e a d s a l g o r i t h m ) 路由协议。靠近汇聚节点的簇头由于转发大量数据，能耗大过早死亡， 从而导致网络寿命过短。因此将网络划分为非均匀的簇，采用非均匀半径来构造 大小不等的分簇，靠近汇聚节点的分簇半径小于远离汇聚节点的分簇半径；采用 双簇头策略，主簇头与簇成员通信，采集信息并进行数据融合，副簇头负责转发 山东大学硕士学位论文 信息；簇间多跳路由引入了蚁群优化算法，根据能量和位置信息，在迭代过程中 不断优化路径。最后通过仿真证明，a c o u d c 路由协议可有效地降低通信能耗， 均衡节点的能量，从而延长了整个网络的生命周期。 关键字：无线传感器网络：层次路由协议；蚁群算法：非均匀分簇；双簇头 i i ， 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t 、斩t ht h ed e v e l o p m e n to fs e n s o r , m i c r o e l e c t r o n i c s ，e m b e d d e dc o m p u t i n g ， d i s t r i b u t e di n f o r m a t i o na n dw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g i e s ，w i r e l e s ss e n s o r n e t w o r k sa r ef o r e f r o n to fh o tr e s e a r c h a r e a si nt h ei n t e r n a t i o n a lc o m m u n i t yo f c u r r e n t l yc o n c e m e d 、i n v o l v i n gah i g h l y c r o s s e ds u b je c ta n dh i g h l yi n t e g r a t e d k n o w l e d g e w i r e l e s ss e n s o rn e t w o r ki sm a d eu po fl o t so fm i c r o - s e n s o rn o d e s ，w h i c h i ss e l f - o 唧i 五n gb yw i r e l e s s t h es e n s o rn o d e sc a l lc o o p e r a t et om o n i t o ra n dg a t h e r i n f o r m a t i o no fa r e at h e ym o n i t o r e d t h e nt h ed a t at h e yg a t h e r e dw i l lb ef o r w a r d e dt o t h et e r m i n a l sa n dt ob ed e e p l yd e a l t 、i m w i r e l e s ss e n s o rn e t w o r ki m p l e m e n t st h e e f f e c t i v ec o n n e c t i v i t yo ft h eo b j e c t i v ep h y s i c a lw o r l da n dt h el o g i c a li n f o r m a t i o n w o r l d , i th a sav e r yb r o a da p p l i c a t i o np r o s p e c t s ，s u c ha sm i l i t a r y , e n v i r o n m e n t a l ， a g r i c u l t u r a la n di n d u s t r i a lc o n t r o le t c b e c a u s eo f i t so w nc h a r a c t e r i s t i c s - - l i m i t e d e n e r g y , c o m p u t i n ga n dc o m m u n i c a t i o nc a p a b i l i t y , i ti sv e r yd i f f e r e n tf r o mt r a d i t i o n a l n e t w o r k s e n e r g y e f f i c i e n ti st h ew i r e l e s ss e n s o rn e t w o r k sp r i m a r yd e s i g ng o a l s r o u t i n gp r o t o c o li st h ec o r et e c h n o l o g yo fw s n c l u s t e r i n gr o u t i n gp r o t o c o li s e n e r g ye f f i c i e n t l y i td i v i d e st h en e t w o r ki n t oc l u s t e r sw h i c hi si n t e r c o n n e c t e d t h e c l u s t e rh e a d sc o l l e c tm e m b e r si n f o r i l l a t i o na n dc o m m u n i c a t ew i t ht h eb a s es t a t i o n c l u s t e r i n gr o u t i n gp r o t o c o lc a ne f f e c t i v e l yr e d u c ed a t at r a f f i c ，i m p r o v en e t w o r k s c a l a b i l i t y , s u i t a b l e f o rl a r g e - s c a l ed e p l o y m e n to ft h en e t w o r ka n ds i g n i f i c a n t l y p r o l o n gt h en e t w o r kl i f e t i m e i nt h i sp a p e rw es t u d yc l u s t e r i n gr o u t i n gp r o t o c o lo f w s n a l o n gt h el i n eo fe n e r g ye f f i c i e n t 1 i nc o n n e c t i o n 谢t i lt h ep r o b l e mo fl e a c h ss t o c h a s t i cn a t u r e ，w ep r o p o s e da c l u s t e r i n ga l g o r i t h mb a s e do na c o ( a c o - c h ) ：t h eo p t i m u mn u m b e ro fc l u s t e r h e a d si sd e t e r m i n e db yt h ea n a l y s i so fs y s t e me n e r g yc o n s u m p t i o n ，a n du n i f o r m l y d i s t r i b u t e di nm o n i t o r i n ga r e a o p t i m i z et h ec l u s t e r i n ga l g o r i t h mb ya c o w ec h o o s e t h ec l u s t e rh e a da c c o r d i n gt ot h ec o n d i t i o no fb o t hn o r m a ln o d e sa n dt h ec l u s t e r - h e a d t h i sa l g o r i t h mc a ne x t e n dt h en e t w o r kl i f e t i m ee f f e c t i v e l y t h er e s u l t so fs i m u l a t i o n s h o wt h a tt h el i f e t i m eh a sb e e ne x t e n d e dc o n t r a s t 谢ml e a c h i i i 2 f o rt h ec h a r a c t e r i s t i c so fl a r g e s c a l ew i r e l e s ss e n s o rn e t w o r k s ，i nt h i sp a p e r w eu s es i n g l e h o pc o m m u n i c a t i o nw i t h i nac l u s t e r , m u l t i h o pc o m m u n i c a t i o nm o d e l u s e di ni n t e r - c l u s t e r w ep r o p o s e da c o u d cr o u t i n gp r o t o c o l s b e c a u s et h ec l u s t e r h e a dn o to n l yh a v et os e n di t so w n p a c k e t s ，b u ta l s or e l a yp a c k e t so fo t h e rn o d e s ，s o t h en e a r e rf r o mt h eb a s es t a t i o n ，t h em o r ep a c k e t sh a v et or e l a y , t h em o r ee n e r g yh a v e t oc o n s u m p t i o n ，n o d e sw i l ld i es o o nd u et oe n e r g yd e p l e t i o n ，r e s u l ti nt h en e t w o r kc a r l n o tf u l l yc o v e rt h ea r e a s oi nt h i sp a p e r , w eu s eu n e v e nr a n g e st oc o n s t r u c tc l u s t e r so f u n e v e ns i z e t h ec l u s t e r sc l o s e rt ot h es i n kh a v es m a l l e rs i z e st h a nt h o s ef a r t h e ra w a y f r o mt h es i n k ；u s ed o u b l ec l u s t e r - h e a d ss t r a t e g y , am a s t e rc l u s t e rh e a da n dav i c e c l u s t e rh e a da r es e l e c t e di ne a c hc l u s t e ra c c o r d i n gt ot h ep h e r o m o n ec o n c e n t r a t i o n ， t a s k ss u c ha sd a t ac o l l e c t i o n ，f u s i o n ，t r a n s i t i o n ，e t c a r ea l l o c a t e dr e s p e c t i v e l yt ot h e s e t w ok i n d so fc l u s t e rh e a d ；i ni n t e r - c l u s t e rr o u t i n gw ei n t r o d u c et h ea n t c o l o n y a l g o r i t h m ，a c c o r d i n gt oe n e r g ya n dd i s t a n c et of i n dt h eo p t i m a lt r a n s m i s s i o np a t h d i s t a n c e s i m u la t i o nr e s u l t ss h o wt h a ta c o u d cc a ne f f e c t i v e l yr e d u c i n ge n e r g y c o n s u m p t i o n ，e x t e n d i n gt h en e t w o r kl i f e t i m e k e y w o r d s ：w i r e l e s ss e n s o rn e t w o r k s ；c l u s t e r i n gr o u t i n gp r o t o c o l ；a n t c o l o n ya l g o r i t h m ；u n e v e nc l u s t e r ；d o u b l ec l u s t e r - h e a d s i v 技术、嵌入式计算、分布式处理和无线通信等技术的进步以及l u t e m e t 的快速发 展，使其在微小体积内能够集成信息感知与采集、信息处理和无线通信等多种功 能并且十分廉价，催生了无线传感器网络的极大发展。无线传感器网络的研究在 多种应用方面取得了重大进展，各种技术评论杂志也一致看好它所蕴藏的巨大应 用潜力和商业价值。2 0 0 3 年2 月，美国 t 技术评论杂志将无线传感器网 络列为未来改变世界的l o 大新兴技术之首【l 】。2 0 0 3 年8 月出版的美国商业周 刊杂志在其“未来技术专版”中发表文章指出，效用计算、传感器网络、塑料电 子学和仿生人体器官是全球未来的四大高科技产业，它们将掀起新的产业浪潮 【2 】。美国今日防务杂志更认为无线传感器网络的应用和发展，将引起一场 划时代的军事技术革命和未来战争的变革。可以预见，无线传感器网络将对人们 的社会生活、产业变革带来极大的影响和产生巨大的推动作用【2 】【2 】。 无线传感器网络无处不在的计算特性使其在各个领域得到广泛地应用，具有 巨大的发展潜力，己经引起了世界许多国家军事界、学术界和工业界的高度重视。 国外的许多大学和研究机构投入大量人力物力财力从事无线传感器网络系统的 研究，例如美国加州大学伯克利分校和英特尔公司联合成立的“智能尘埃( s m m d u s t ) ”【2 】实验室，它为美国军方提供能够在一立方毫米的体积内自治地完成感知 和通信功能的无线传感器网络节点。另外麻省理工学院获得a r p a ( a d v a n c e d r e s e a r c hp r o j e c ta g e n c y ，美国国防部高级研究计划署) 的支持，从事极低功耗的无 线传感器网络方面的研究，s p i n ( s e n s o r p r o t o c o l sf o ri n f o r m a t i o nv i an e g o t i a t i o n ) 协议就是出自麻省理工学院，还有斯坦福大学的无线传感器网络实验室、南加州 大学的r e s l ( t h er o b o t i ce m b e d d e ds y s t e m sl a b o r a t o r y ) 实验室等。我国对无线 传感器网络的研究也十分重视。中科院计算机技术研究所信息网络室承担的国家 8 6 3 项目“软硬件协同的低功耗系统设计”在嵌入式系统芯片设计、低功耗系统设 山东大学硕士学位论文 计方面取得了创新性成果。中科院上海微系统所对无线传感器网络进行了跟踪研 究，利用在微系统和微型机电系统技术上的优势采用系统集成的方式完成了终端 节点和汇聚节点的研发。山东省科学院于2 0 0 4 年l o 月正式启动了关于无线传感 器网络节点操作系统的研究。 目前，国际上w s n 的研究主要集中在两方面节点层面和网络层面。节 点层面的研究主要有传感器技术，低功耗芯片技术，无线通信技术【7 1 等；网络 层面的研究主要有低能耗路由协议，低能耗m a c 协议，协同定位技术，时钟同 步技术 8 】，数据融合技术 9 】等。由于无线传感器网络技术涉及多个学科领域， 国际上对它的研究也刚开始短短几年时间，国内对无线传感器网络的研究就科研 力量和水平来说相对都要落后。w s n 的无线通信网络技术的研究( 尤其是w s n 路由技术) 尚不多见。到目前，研究机构提出了例如s p i n 1 0 1 l 】、d i r e c t e d d i f f u s i o n 1 2 1 3 】、l e a c h 1 4 1 5 】、t e e n 1 6 】、p e g a s i s 1 7 等协议，降低了 w s n 能耗从而延长整个网络的生存周期。 1 2 研究目的和意义 无线传感器网络已经被预见具有巨大应用价值，引起世界许多国家军事、商 业和学术界的极大关注，纷纷开展对该领域的研究工作。尽管w s n 前景光明， 国外从2 0 0 0 年以前就开始了无线传感器网络的研究，但这些研究与实际应用还 有一段距离，人们还需要很多努力。目前我国在该领域的研究工作还不是很多， 及时开展这项对人类影响深远的前沿技术的研究，对整个国家政治、经济以及国 防将有重大意义。 由于w s n 节点绝大部分的能耗集中在无线通讯模块上，因此，研究有效降 低无线传感器网络节点能耗来延长网络生存周期的路由技术就成了w s n 研究中 的焦点。研究表明【1 8 】 1 9 】：传统的i n t e m e t 技术与a d h o c ( m o b i l ea d h o c n e t w o r k s ，移动自组织网) 路由技术并不适用于无线传感器网络，传统网络中追 求高速率，好服务质量保证( q o s ) ，而与传统网络不同，无线传感器网络首要 目标就是有限的能源如何高效均衡使用。w s n 节点数目庞大，分布密集：由于 外界破坏和能源用尽，节点出故障从而造成网络拓扑结构变化；节点通常是部署 后位置固定不移动的；节点具有十分有限的能量、处理、存储和通信能力。这些 特征和制约给无线传感器网络的研究提出了新的技术要求如何保证w s n 能 2 口 山东大学硕士学位论文 置量皇量詈皇詈暑詈量詈暑曩置墨量鼍詈詈昌置昌鼻皇曼皇鲁寡鼍詈詈詈詈詈詈詈詈詈詈置詈詈量量量詈曩置墨墨蕾皇曼詈置詈鼍_ 耗最小化、能量负载均衡化、生命周期最大化等。 1 3 论文组织 ， 本论文主要研究了一种基于a c o 的均衡层次路由协议及模拟实验分析结 果。共分为五章，结构安排如下： 第一章首先介绍了本文的选题背景，其次阐述了本课题的研究目的及其意 义。 第二章简单的对无线传感器网络进行总体描述，体系结构、协议栈、关键技 术和能量策略。分层路由协议的特点及设计要求，对经典的分层路由协议作了简 要介绍和性能比较。 第三章针对无线传感器网络分簇协议l e a c h 协议的随机性等不足，引出基 于a c o 的分簇路由协议。 第四章大规模无线传感器网络中针对多跳路由，采用基于a c o 的非均匀双 簇头路由协议。 第五章对全文进行总结，并对今后的工作提出了展望。 【j j 东大学硕士学位论文 第二章无线传感器网络综述 无线传感器网络结构如图2 - 1 所示 1 9 1 ，通常包括传感器节点、汇聚节点和 管理节点三部分。大量微型廉价节点随机部署在监测区域，通过无线自组织方式 构成网络，协作地感知、采集和处理监测区域信息，并发送给终端。 o o 监测区域传固姘节点 图2 1无线传感器网络体系结构 用户通过任务管理节点对网络进行管理和配置，发布任务并收集数据； 传感器节点进行本地信息感知、采集和处理，还要对其他节点转发的数据 进行存储、管理和融合等； 汇聚节点将无线传感器网络与i n t e m e t 等外部网络连接起来。 2 1w s n 体系结构 2 1 1 节点结构 传感器节点通常由传感器模块、处理器模块、无线通信模块和能量供应模块 i 四部分组成。q 传感器模块负责监测区域内信息的采集和数据交换； 处理器模块负责控制整个传感器节点的操作，存储和处理本身采集的数据f i i 以及其他节点发来的数据： 无线通信模块负责与其他节点进行通信，交换控制消息和收发采集数据： 能量供应模块为传感器节点提供运行所需的能量。如图2 - 2 所示 2 0 1 。 4 山东大学硕士学位论文 2 1 2 网络结构 图2 2传感器节点体系结构 图2 3 所示是提出的一个协议栈，包括物理层、数据链路层、网络层、传输 层和应用层 2 0 】。 阿 副 图2 3传感器网络协议栈 物理层提供简单但健壮的信号调制和无线收发技术； 数据链路层负责数据成帧、帧检测、媒体访问和差错控制： 网络层主要负责路由生成与路由选择： 传输层负责数据流的传输控制，是保证通信服务质量的重要部分： 应用层包括一系列基于监测任务的应用层软件； 能量管理平台管理节点如何使用能源，在各个协议层都需考虑节省能量； 移动管理平台检测并注册节点的移动，维护到汇聚节点的路由，使节点能 动态跟踪其邻居的位置： 山东大学硕士学位论文 任务管理平台在一个给定的区域内平衡和调度监测任务。 2 2w s n 路由协议的特点和设计要求 t 虽然与无线自组织网络有某些相似，但是无线传感器网络其自身具有很多独 特性，两者存在很大不同。a dh o e 等传统无线网络的首要目标是提供高服务质 量和高效使用网络带宽，一般节点具有足够的能量供给，这些网络路由协议的主 要任务是寻找通信延迟小的路径，同时提高整个网络的利用率，避免产生通信拥 塞。而在无线传感器网络中最致命的约束是节点能量有限，因此路由协议首要需 要考虑高效利用能量，同时传感器网络节点数目庞大分布密集，节点只能获取局 部拓扑结构信息。此外，传感器网络的路由机制还经常与数据融合技术联系在一 起，通过减少通信量而节省能量。因此，传统无线网络路由协议不适应于无线传 感器网络。 基于以上特点，设计路由协议时，需要注意以下几个方面【1 8 】： 1 能量有效性。由于无线传感器网络节点能量有限，所以路由协议设计要从整 个网络的角度考虑，使整个网络能耗均衡高效。 2 简单性。廉价微型的传感器节点承担着数据采集和路由器的双重角色，但它 的运算能力和存储能力却极其有限，这就要求要为这种节点硬件资源有限的 一 特殊网络量体裁衣一种简单有效的路由协议。 3 可扩展性。无线传感器网络通常部署在野外无人的恶劣环境中，经常会出现 各种突发状况使得节点损坏，而且无法人工修复，或者有新节点加入等等， 这些使得w s n 网络拓扑结构动态变化，因此要求路由协议具有可扩展性， 以应对网络拓扑结构的动态变化。 4 鲁棒性。无线传感器网络不可靠因素较多，例如传感器节点失效，或者无线 链路的通信质量差以及无线链路本身的缺点等，要求w s n 路由机制具有一 定的容错能力，具有很好的鲁棒性。 5 快速收敛性。路由机制要能够快速收敛，以降低能耗，适应网络拓扑的动态 变化，减少通信协议开销。- 2 3w s n 分层路由