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无线传感器网络路由协议研究
作者：王莹莹 王亭
来源：《中国新通信》2016年第04期
【摘要】 在无线传感器网络（WSNs）中，建立良好的路由是减少网络能耗、延长网络生命周期的有效措施。本文对路由协议的发展现状进行研究，分析了各种路由协议面临的问题与挑战；并对网络路由协议的发展趋势进行了总结与展望。 【关键词】 WSNs 路由协议 节能 网络寿命 一、引言
在WSNs中，节点能量有限，节点能量耗尽将影响整个网络的性能。
近几年，很多研究人员以减少网络能耗、延长网络生命周期为目的，对WSNs展开了研究。节点的能耗主要集中在数据采集与数据传输两个方面，而数据传输的能耗远远大于数据采集。
因此，通过建立良好的路由来减少网络能耗，成为WSNs的研究重点与热点。近几年研究人员以减少节点的能量消耗、提高网络能效性、延长网络生命周期为目的，对WSNs展开了研究[1]。
二、WSN路由协议研究现状
根据网络的拓扑结构，路由协议分为平面路由协议与分簇路由协议。在平面路由协议中，由于网络中没有中心管理节点，不能够实现网络资源的优化，且数据从源节点到目的节点经过的跳数较多，数据时延较长，不适于大规模的网络，而WSNs的规模却越来越大，所以平面路由协议不能适应当前WSNs的发展趋势。
在分簇路由协议中，普通节点采集到数据后将数据发送给自己的簇首，簇首将数据进行处理后，转发至目的节点。该种路由协议可扩展性强，在数据传输过程中引入数据融合来减少数据量，拓扑管理方便，可以应用于大规模的网络。
近几年，致力于分簇算法的研究主要集中在：簇首选举、成簇规则、簇首路由三个方面，在算法设计过程中将减少网络能耗作为重要指标。
为防止低能量节点被选作簇首，使节点的剩余能量与节点成为簇首的概率成正比，来减少低能量节点成为簇首的可能性；为防止簇首分布不均，簇范围差异太大，以簇首的竞争半径和节点的剩余能量为标准来选择簇首，簇首间采用簇首剩余能量和链路传输代价的权值来建立簇首间的多跳路由。
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为防止靠近目的节点的簇首因转发大量的数据而造成能量过早耗尽，EEUC将非均匀分簇与簇间多跳相结合，使靠近目的节点的簇半径较小，节省出更多的能量用于数据转发，平衡了簇首能耗。
DBCP将节点密度作为节点竞选簇首的标准，来缓解非均匀网络中的能耗不均问题。但是大部分的分簇算法仅在某一个或某几个方面表现出较好的性能，整体性能仍然有待提高[2]。 三、WSNs路由的机遇与挑战
无线传感器网络路由算法经历了从平面路由到分层路由，从单跳路由到多跳路由，从均匀分簇到非均匀分簇的发展。
WSNs路由协议的研究面临的机遇与挑战主要集中在： 3.1降低节点能耗
节点的大部分能量消耗在数据通信阶段，建立有效的路由机制，可以减少网络中数据的传输量，减少能耗。所以在设计路由协议时，在保证数据正确传输的前提下，减少节点能耗，延长网络生命周期成为首先要考虑的因素。 3.2节点间能耗的均衡性
网络中的某个或某些节点能量过早耗尽，将造成网络拓扑结构的改变，影响网络的连通性。
3.3数据融合
在数据传输过程中进行数据融合，可以减少数据的冗余，从而减少传输数据所消耗的能量。但是数据融合技术也仍然存在许多亟需解决。 3.4可扩展性
节点的移动、节点寿命的结束、节点的物理损伤以及环境的干扰等因素都可能会造成网络拓扑结构的变化，因此设计的路由协议要具有一定的容错能力，当网络拓扑发生变化的时候能够迅速地重新建立路由，保证网络的正常运行。 3.5安全性
分簇路由协议比较适合大规模的网络，但是在设计过程中并没有过多的考虑到数据的安全问题，因此在考虑节点能耗的同时兼顾数据的安全性仍然是今后的一个发展方向。
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3.6应用相关性
WSNs已经广泛的应用于工业、农业、军事医疗、环境监测等各个领域。应用于不同领域的传感器网络对路由协议的要求也是不同的，因此必须要结合实际的应用需求设计出相适应的路由协议。 参 考 文 献
[1] Pantazis N A， at el. Energy-efficient routing protocols in wireless sensor networks： A survey[J]. Communications Surveys & Tutorials， IEEE， 2013， 15（2）： 551-591. [2] Lai W K， Lin Y C， Chen T H.. Load-Balance Directed Diffusion in Wireless Sensor Networks[C]. Proceeding of the fifth ICGEC， 2011： 65-68.