無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由

發(fā)布時(shí)間:2012/3/29 19:29:32 訪問次數(shù):1286

    在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，硬件節(jié)點(diǎn)是 MST9259D-LF-205體積微小的嵌入式設(shè)備，一般采用能量有限的電池供電，其計(jì)算能力和通信能力往往十分有限，所以對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用除了需要高效的MAC協(xié)議外，還要設(shè)計(jì)能夠保障QoS的機(jī)制，包括路由、覆蓋控制和拓?fù)淇刂茀f(xié)議。良好的QoS保障機(jī)制，為數(shù)據(jù)融合、時(shí)間同步、目標(biāo)定位和跟蹤等諸多方面提供基礎(chǔ)，有利于延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的生存時(shí)間。本章主要介紹無線傳感器網(wǎng)絡(luò)典型的路由協(xié)議、拓?fù)淇刂萍夹g(shù)和覆蓋技術(shù)。
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由概述
路由協(xié)議的作用是尋找一條或多條滿足一定條件的，從源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的路徑，將據(jù)分組沿著所尋找的路徑進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，由此可以看出路由協(xié)議的功能主要有兩個(gè)方面：一是搜索滿足條件的從源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的優(yōu)化路徑；二是轉(zhuǎn)發(fā)資料分組。傳統(tǒng)有線網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議主要運(yùn)行在路由器上，采用集中控制的路由尋找方法，即將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)�、鏈路狀態(tài)，如帶寬、時(shí)延等信息收集并計(jì)算出相應(yīng)的路由。無線自組織網(wǎng)絡(luò)Ad-Hoc以及傳統(tǒng)無線局域網(wǎng)WLAN的路由協(xié)議的設(shè)計(jì)目標(biāo)是能夠?yàn)榻K端用戶提供高質(zhì)量的服務(wù)，合理利用網(wǎng)絡(luò)無線通信鏈路的帶寬，避免發(fā)生網(wǎng)絡(luò)擁塞，能侈以較快的速度響應(yīng)用戶的服務(wù)請(qǐng)求。
    目前，研究人員根據(jù)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)、路由協(xié)議自身特點(diǎn)以及應(yīng)用類型等，將路由協(xié)議分為以下幾個(gè)類型。
    ①以數(shù)據(jù)為中心的路由協(xié)議：在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用當(dāng)中，終端用戶往往只關(guān)心所采集的數(shù)據(jù)，而不關(guān)心這些數(shù)據(jù)具體是從哪一個(gè)節(jié)點(diǎn)傳送的，用戶（查詢節(jié)點(diǎn)）只需向網(wǎng)絡(luò)發(fā)出一條查詢命令，網(wǎng)絡(luò)就將所查詢的數(shù)據(jù)回饋給用戶。
    ②基于層次結(jié)構(gòu)（樹結(jié)構(gòu)）的路由協(xié)議：基于層次的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)致力于解決如何節(jié)省網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的能量消耗，均攤網(wǎng)絡(luò)能量，延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)壽命。將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)劃分多種類型，同類節(jié)點(diǎn)間可以交換數(shù)據(jù)。在路由選擇中，低一級(jí)節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)傳輸至簇頭節(jié)點(diǎn)（高一級(jí)節(jié)點(diǎn)），簇頭節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，減少了冗余數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸，并且由于縮小了節(jié)點(diǎn)下一跳的選擇范圍，加快了路由算法的收斂速度，節(jié)省了能量。
    ③基于地理信息路由協(xié)議：網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)利用GPS設(shè)備、三角定位系統(tǒng)等獲知自身所在的地理坐標(biāo)，在進(jìn)行路由選擇時(shí)，合理利用這些地理信息，從而將數(shù)據(jù)分組轉(zhuǎn)發(fā)給一個(gè)特定區(qū)域而不是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，減少網(wǎng)絡(luò)能耗。
    ④基于多路徑的路由協(xié)議：在網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸過程當(dāng)中，通過增加傳輸?shù)穆窂綌?shù)，可以增加網(wǎng)絡(luò)的等效帶寬，并且在相同數(shù)據(jù)量的前提下，能夠縮短傳輸時(shí)延。對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，多路徑路由協(xié)議能夠提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性，并且可以將傳輸能耗分?jǐn)傇诟嗟墓?jié)點(diǎn)上。
    本章3.1.1～3.1.6小節(jié)著重從簡(jiǎn)單的無結(jié)構(gòu)路由協(xié)議，基于層次式的樹類路由協(xié)議以及基于地理信息的路由協(xié)議進(jìn)行介紹。

    在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，硬件節(jié)點(diǎn)是 MST9259D-LF-205體積微小的嵌入式設(shè)備，一般采用能量有限的電池供電，其計(jì)算能力和通信能力往往十分有限，所以對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用除了需要高效的MAC協(xié)議外，還要設(shè)計(jì)能夠保障QoS的機(jī)制，包括路由、覆蓋控制和拓?fù)淇刂茀f(xié)議。良好的QoS保障機(jī)制，為數(shù)據(jù)融合、時(shí)間同步、目標(biāo)定位和跟蹤等諸多方面提供基礎(chǔ)，有利于延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的生存時(shí)間。本章主要介紹無線傳感器網(wǎng)絡(luò)典型的路由協(xié)議、拓?fù)淇刂萍夹g(shù)和覆蓋技術(shù)。
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由概述
路由協(xié)議的作用是尋找一條或多條滿足一定條件的，從源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的路徑，將據(jù)分組沿著所尋找的路徑進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，由此可以看出路由協(xié)議的功能主要有兩個(gè)方面：一是搜索滿足條件的從源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的優(yōu)化路徑；二是轉(zhuǎn)發(fā)資料分組。傳統(tǒng)有線網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議主要運(yùn)行在路由器上，采用集中控制的路由尋找方法，即將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹㈡溌窢顟B(tài)，如帶寬、時(shí)延等信息收集并計(jì)算出相應(yīng)的路由。無線自組織網(wǎng)絡(luò)Ad-Hoc以及傳統(tǒng)無線局域網(wǎng)WLAN的路由協(xié)議的設(shè)計(jì)目標(biāo)是能夠?yàn)榻K端用戶提供高質(zhì)量的服務(wù)，合理利用網(wǎng)絡(luò)無線通信鏈路的帶寬，避免發(fā)生網(wǎng)絡(luò)擁塞，能侈以較快的速度響應(yīng)用戶的服務(wù)請(qǐng)求。
    目前，研究人員根據(jù)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)、路由協(xié)議自身特點(diǎn)以及應(yīng)用類型等，將路由協(xié)議分為以下幾個(gè)類型。
    ①以數(shù)據(jù)為中心的路由協(xié)議：在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用當(dāng)中，終端用戶往往只關(guān)心所采集的數(shù)據(jù)，而不關(guān)心這些數(shù)據(jù)具體是從哪一個(gè)節(jié)點(diǎn)傳送的，用戶（查詢節(jié)點(diǎn)）只需向網(wǎng)絡(luò)發(fā)出一條查詢命令，網(wǎng)絡(luò)就將所查詢的數(shù)據(jù)回饋給用戶。
    ②基于層次結(jié)構(gòu)（樹結(jié)構(gòu)）的路由協(xié)議：基于層次的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)致力于解決如何節(jié)省網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的能量消耗，均攤網(wǎng)絡(luò)能量，延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)壽命。將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)劃分多種類型，同類節(jié)點(diǎn)間可以交換數(shù)據(jù)。在路由選擇中，低一級(jí)節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)傳輸至簇頭節(jié)點(diǎn)（高一級(jí)節(jié)點(diǎn)），簇頭節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，減少了冗余數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸，并且由于縮小了節(jié)點(diǎn)下一跳的選擇范圍，加快了路由算法的收斂速度，節(jié)省了能量。
    ③基于地理信息路由協(xié)議：網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)利用GPS設(shè)備、三角定位系統(tǒng)等獲知自身所在的地理坐標(biāo)，在進(jìn)行路由選擇時(shí)，合理利用這些地理信息，從而將數(shù)據(jù)分組轉(zhuǎn)發(fā)給一個(gè)特定區(qū)域而不是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，減少網(wǎng)絡(luò)能耗。
    ④基于多路徑的路由協(xié)議：在網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸過程當(dāng)中，通過增加傳輸?shù)穆窂綌?shù)，可以增加網(wǎng)絡(luò)的等效帶寬，并且在相同數(shù)據(jù)量的前提下，能夠縮短傳輸時(shí)延。對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，多路徑路由協(xié)議能夠提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性，并且可以將傳輸能耗分?jǐn)傇诟嗟墓?jié)點(diǎn)上。
    本章3.1.1～3.1.6小節(jié)著重從簡(jiǎn)單的無結(jié)構(gòu)路由協(xié)議，基于層次式的樹類路由協(xié)議以及基于地理信息的路由協(xié)議進(jìn)行介紹。

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相關(guān)技術(shù)資料: 3-29無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由

相關(guān)IC型號(hào): MST9259D-LF-205; MST9010; MST9010BX; MST9010CX; MST9011; MST9011A; MST9015; MST9015BX; MST9016A; MST9030A; MST9111

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