【正文】 保證覆蓋的前提條件下，最優(yōu)地調度節(jié)點，引入休眠機制，并保證網絡的連通性以建立能量有效的路由是需要不斷研究的一個重要問題。33這樣，一直到全網所有的節(jié)點，建立全網的樹，如圖34所示。這對于功率不可調整的網絡，相當于選擇了最小能量路徑；②盡量讓剩余能量多的節(jié)點完成分組轉發(fā)功能，以提高網絡的能量均衡性能。由于這個概率是與能量相關的，可以將通信能耗分散到多條路徑上，從而可實現整個網絡的能量平穩(wěn)降級，最大限度地延長網絡的生存期。 定義為經由路由表中節(jié)點到達目的節(jié))(ostj)(stj點代價的平均值，即： (35))N(Ctj kjjiN,FTk,CP??節(jié)點 將用 值替換消息中原有的代價值，然后向鄰居節(jié)點廣播該路jNostj由建立消息。(4)節(jié)點要放棄代價太大的路徑，節(jié)點 j 將節(jié)點 i 加入本地路由表 中jFT的條件是： (33))}C(mini{FTkjij N,kN,j ???其中 為大于 1 的系統(tǒng)參數。(2)當節(jié)點收到鄰居節(jié)點發(fā)送的路徑建立消息時，相對發(fā)送該消息的鄰居節(jié)點，只有當自己距源節(jié)點更近，而且距目的節(jié)點更遠的情況下，才需要轉發(fā)該消息．否則將丟棄該消息。概率的選擇是根據節(jié)點到目的節(jié)點的通信代價來計算的，在下面的描述中用 表示節(jié)點)(iNCosti 到目的節(jié)點的通信代價。該機制在源節(jié)點和目的節(jié)點之間建立多條路徑，根據路徑上節(jié)點的通信能量消耗以及節(jié)點的剩余能量情況、給每條路徑賦予一定的選擇概率，使得數據傳輸均衡消耗整個網絡的能量，延長整個網絡的生存期。由于傳感器網絡存在資源約束，節(jié)點只能獲取局部信息，因此上述能量路由方法只是理想情況下的路由策略。如路徑 4 中節(jié)點的可用能量最小為 1，所以該路徑的可用能量是 1。在圖 33 中選擇路徑 1。在圖 33 中，從源節(jié)點到匯聚節(jié)點的可能路徑有：路徑 1：源節(jié)點—B—A—匯聚節(jié)點，路徑上所有節(jié)點 PA 之和為 4，在該路徑上發(fā)送分組需要的能量之和為 3；28路徑 2：源節(jié)點—C—B —A—匯聚節(jié)點，路徑上所有節(jié)點 PA 之和為 6，在該路徑上發(fā)送分組需要的能量之和為 6；路徑 3：源節(jié)點—D—匯聚節(jié)點，路徑上所有節(jié)點 PA 之和為 3，在該路徑上發(fā)送分組需要的能量之和為 4；路徑 4：源節(jié)點—F —E—匯聚節(jié)點，路徑上所有節(jié)點 PA 之和為 5，在該路徑上發(fā)送分組需要的能量之和為 6。圖 33 所示的網絡中，大寫字母表示節(jié)點，如節(jié)點 A，節(jié)點右側括號內的數字表示節(jié)點的可用能量。SPEED 協(xié)議中各部分之間的關系如圖 32 所示。SPEED 協(xié)議：是一個實時路由協(xié)議，在一定程度上：實現了端到端的傳輸速率保證、網絡擁塞控制以及負載平衡機制。ReInForM(Reliable Information Forwarding using Multiple paths)路由從數據源節(jié)點開始．考慮可靠性需求、信道質量以及傳感器節(jié)點到匯聚節(jié)點的跳數，決定需要的傳輸路徑數目，以及下一跳節(jié)點數目和相應的節(jié)點．實現滿足可靠要求的數據傳輸。在多路徑路由中，如何建立數據源節(jié)點到匯聚節(jié)點的多條路徑是首要問題。傳感器節(jié)點由于有限能量供應和工作環(huán)境惡劣經常面臨失效問題，這為研究適合于傳感器網絡的可靠路由協(xié)議增加了困難。GEM(graph embedding)路由是—種適用于數據中心存儲方式的地理路由。匯聚節(jié)點源24（1）GEAR 路由GEAR(geographical and energy aware routing ) 路由機制根據事件區(qū)域的地理位置信息，建立匯聚節(jié)點到事件區(qū)域的優(yōu)化路徑，避免了洪泛傳播方式，從而減少了路由建立的開銷。 地理位置路由在傳感器網絡中,節(jié)點通常需要獲取它的位置信息，這樣它采集的數據才有意義。圖 31 顯示了這三個階段的數據傳播路徑和力向。興趣消息用來表示查詢的任務，表達網絡用戶對監(jiān)測區(qū)域內感興趣的信息，例如監(jiān)測區(qū)域內的溫度、濕度和光照等環(huán)境信息。無線傳感器網絡的某些應用對通信的服務質量有較高要求，如可靠性和實時性等。(3)地理位置路由協(xié)議。(2)基于查詢的路由協(xié)議。四種類型的路由協(xié)議分別是： (1)能量感知路由協(xié)議。傳感器網絡的拓撲結構動態(tài)變化，節(jié)點能量和通信帶寬等資源有限，因此要求路由機制能夠快速收斂，以適應網絡拓撲的動態(tài)變化，減少通信協(xié)議開銷，提高消息傳輸的效率。在無線傳感器網絡中，檢測區(qū)域范圍或節(jié)點密度不同，造成網絡規(guī)模大小不同；節(jié)點失敗、新節(jié)點加入以及節(jié)點移動等，都會使得網絡拓撲結構動態(tài)發(fā)生變化，這就要求路由機制具有可擴展性，能夠適應網絡結構的變化。針對傳感器網絡路由機制的上述特點，在根據具體應用設計路出機制時，要滿足下面的傳感器網絡路由機制的要求：（1）能量高效。傳感器網絡通常包含多個傳感器節(jié)點到少數匯聚節(jié)點的數據流，按照對感知數據的需求、數據通信模式和流向等，以數據為中心形成消息的轉發(fā)路徑。無線傳感器網絡為了節(jié)省通信能量．通常采用多跳的通信模式，而節(jié)點有限的存儲資源和計算資源，使得節(jié)點不能存儲大量的路由信息，不能進行太復雜的路由計算。與傳統(tǒng)網絡的路由協(xié)議相比，無線傳感器網絡的路由協(xié)議具有以下特點：(1)能量優(yōu)先。在無線傳感器網絡中，節(jié)點能量有限且一般沒有能量補充．因此路由協(xié)議需要高效利用能量，同時傳感器網絡節(jié)點數目往往很大，節(jié)點只能獲取局部拓撲結構信息，路由協(xié)議要能在局部網絡信息的基礎上選擇合適的路徑。IEEE 802. 標準是針對低速無線個人域網絡的無線通信標準，把低功耗、低成本作為設計的主要目標，旨在為個人或者家庭范圍內不同設備之間低速聯網提供統(tǒng)一標準。同時，傳感器拓撲結構動態(tài)變化，網絡資源也在不斷交化，這些都對網絡協(xié)議提出了更高的要求。1. 網絡拓撲控制對于無線的自組織的傳感器網絡而言，網絡拓撲控制具有特別重要的意義。這種以數據本身作為查詢或傳輸線索的思想更接近于自然語言交流的習慣。傳感器網絡中的節(jié)點采用節(jié)點編號標識，節(jié)點編號是否需要全網統(tǒng)一取決于網絡通信協(xié)議的設計。在互聯網中，網絡設備用網絡中惟一的 IP 地址標識，資源定位和信息傳輸依賴于終端、路由器、服務器等網絡設備的 IP 地址。5. 應用相關的網絡 傳感器網絡用來感知客觀物理界，獲取物理世界的信息量。這些都要求傳感器節(jié)點非常堅固，不易損壞．適應各種惡劣環(huán)境條件。3. 動態(tài)性網絡傳感器網絡的拓撲結構可能因為下列因素而改變：①環(huán)境因素或電能耗盡造成的傳感器節(jié)點出現故障或失效；②環(huán)境條件變化可能造成無線通信鏈路帶寬變化，甚至時斷時通；⑦傳感器網絡的傳感器、感知對象和觀察者這三要素都可能具有移動性；④新節(jié)點的加入。傳感器節(jié)點的位置不能預先精確設定，節(jié)點之間的相互鄰居關系預先也不知道，如通過飛機播散大量傳感器節(jié)點到面積廣闊的原始森林中．或隨意放置到人不可到達或危險的區(qū)域。 1. 電源能量有限。傳感器網是集成了監(jiān)測、控制以及無線通信的網絡系統(tǒng)，節(jié)點數目更為龐大（上千甚至上萬） ，節(jié)點分布更為密集；由于環(huán)境影響和能量耗盡，節(jié)點更容易出現故障；環(huán)境干擾和節(jié)點故障易造成網絡拓撲結構的變化；通常情況下，大多數傳感器節(jié)點是不動的。 傳感器網絡的特征 與現有無線網絡的區(qū)別 無線自組網(mobile adhoc work)是一個由幾十到上百個節(jié)點組成的、采用無線通信方式的、動態(tài)組網的多跳的移動性對等網絡。 圖 22 傳感器節(jié)點體系結構 傳感器網絡協(xié)議棧隨著傳感器網絡的深入研究，研究人員提出了多個傳感器節(jié)點上的協(xié)議 傳感器模塊 處理器模塊 無線通信模塊傳感器AC/DC處理器存儲器網絡MAC 收發(fā)器 能 量 供 應 模 塊12棧。傳感器節(jié)點監(jiān)測的數據沿著其他傳感器節(jié)點逐跳地進行傳輸，在傳輸過程中監(jiān)測數據可能被多個節(jié)點處理，經過多跳后路由到匯聚節(jié)點，最后通過互聯網或衛(wèi)星到達管理節(jié)點。在這么多的路由協(xié)議中，我主要精力放在了能量感知路由協(xié)議上，也就是祈求在這個點上能得到一些自己的發(fā)現。其中網絡層的路由協(xié)議決定監(jiān)測信息的傳輸路徑；數據鏈路層的介質訪問控制用來構建底層的基礎結構，控制傳感器節(jié)點的通信過程和工作模式。美國商業(yè)周刊在預測未來技術發(fā)展的報告中，分別將 WSN 列為 21 世紀最有影響的 21 項技術和改變世界的 10 大技術之一。傳感器、感知對象和觀察者構成了傳感器網絡的三個要素。以上列舉了西方發(fā)達國家在無線傳感器方面的幾種主要應用，當然，在其它的一些方面也得到了不同程度的應用，例如空間探索等。在家電和家具中嵌入傳感器節(jié)點，通過無線網絡與 Inter 連接在一起，將會為人們提供更加舒適、方便和更具人性化的智能家居環(huán)境。 人工視網膜是一項生物醫(yī)學的應用項目。3. 醫(yī)療護理傳感器網絡在醫(yī)療系統(tǒng)和健康護理方面的應用包括監(jiān)測人體的各種心理數據，跟蹤和監(jiān)控醫(yī)院內醫(yī)生和患者的行動，醫(yī)院的藥物管理等。美國的DARPA很早就啟動了SensIT(Sensor Information Technology)計劃。IP_Link1270 是完全符合IEEE802. 15. 4 標準與 ZigBee 規(guī)范的2. 4 GHz 無線收發(fā)模塊，射頻部分使用Freescale 的MC13191/ 13192/13193 芯片, MCU 使用的是Freescale 公司的 MC9S08GT60 芯片。2022 年新年伊始，中國科學院召開了信息口相關研究所關于無線傳感器網絡技術的研討會，共商無線傳感器網絡下一步的發(fā)展大計。隨著創(chuàng)新工程試點工作的深入，2022 年中國科學院依托上海微系統(tǒng)所成立微系統(tǒng)研究和發(fā)展中心。第一代傳感器網絡出現在 20 世紀 70 年代。美國《今日防務》雜志更認為無線傳感器網絡的應用和發(fā)展，將引起一場劃時代的軍事技術革命和未來戰(zhàn)爭的變革。最早的代表性論述出現在1999 年，題為“ 傳感器走向無線時代 ”。傳感器網絡應達到的要求使它的路由協(xié)議設計面臨著節(jié)能和提高擴展性兩個關鍵性問題。由于傳感器節(jié)點的能力受限，因而現實可行的技術應簡單有效。由于傳感器節(jié)點可能非常多，因而要求其應用的各項技術能有效用于大規(guī)模網絡。低能耗的要求基于兩種原因:一是由于傳感器節(jié)點的體積小，因此能量供給有限。在動態(tài)網絡中，傳感器節(jié)點一般被安置在可移動2的物體上，如車輛或被監(jiān)測的動物，它將隨物體的移動而移動。與傳統(tǒng)的網絡不同，無線傳感器網絡是依靠密集的散布以及相互協(xié)作來完成它們的任務。 研究的背景近年來，微處理器和無線通信技術的不斷進步產生了能夠進行局部信息處理和無線通信的分布式設備，這種體積小、價格低廉且低能耗的節(jié)點被稱作傳感器節(jié)點。本人授權　　 　 　大學可以將本學位論文的全部或部分內容編入有關數據庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。除了文中特別加以標注引用的內容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經發(fā)表或撰寫的成果作品。盡我所知，除文中特別加以標注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機構的學位或學歷而使用過的材料。I無線傳感器網絡路由協(xié)議的研究摘要與應用高度相關的無線傳感器網絡具有與傳統(tǒng)網絡不同的特點，因此傳統(tǒng)路由協(xié)議不能有效地用于無線傳感器網絡。關鍵詞：無線傳感器網絡 ,能量感知路由協(xié)議 ,路由機制 ,能量多路徑路由 IIResearch on Routing Protocols in Wireless Sensor NetworkAbstractWireless sensor works，being different from traditional works and highly dependent on applications，cannot adopt traditional protocols efficiently in its application of work routing．This paper describes the routing protocol characteristics of wireless sensor works and presents the classification of plicated routing protocols standards. After key mechanisms of the existing representative routing protocols are analyzed, the parison of the classifications，characteristics and application of different protocol are implemented． In this paper, the energy sensor routing protocol of work layer protocol are mostly analyzed and studied, which includes energy routing theory, energy multiplex paths routing theory, treeenergy routing and a centralityenergy routing .By paring se