【正文】 路由器的轉(zhuǎn)發(fā)分組的功能，因此，這種自組局域網(wǎng)的生存能力非常好。而采用無線電波作為媒體的局域網(wǎng)，覆蓋范圍大，而且，這種局域網(wǎng)多采用擴頻技術(shù)，發(fā)射功率比自然背景的噪聲低，有效的避免了信號的偷聽和竊取，使通信非常安全，具有很高的實用性。通俗的說，無線局域網(wǎng)就是在不采用傳統(tǒng)電纜線的同時，提供傳統(tǒng)有線局域網(wǎng)的所有功能，網(wǎng)絡(luò)所需的基礎(chǔ)設(shè)施不需要再埋在地下或隱藏在墻里，網(wǎng)絡(luò)卻能夠隨著你的需要移動或變化。 無線局域網(wǎng)的現(xiàn)狀無線局域網(wǎng)在各行業(yè)的廣泛應用取得了引人矚目的成果，展示了極為廣闊的市場前景，它將創(chuàng)造嶄新的生活和工作風尚。同時國內(nèi)寬帶服務越來越多，很多家庭已經(jīng)選擇了使用寬帶服務。在這種環(huán)境下，最理想的解決方法是選擇一臺無線局域網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)備，覆蓋家庭的全部面積。很多小型的公司需要建立一個內(nèi)部的局域網(wǎng)，傳統(tǒng)的方法是在辦公室內(nèi)進行有線布線，每個座位附近安裝一個局域網(wǎng)的RJ45接口。在辦公室內(nèi)安裝一個無線局域網(wǎng)的接入點(AP，Access Point)，每個機器安裝一個無線網(wǎng)卡，可以在一個小時內(nèi)建立起公司內(nèi)部網(wǎng)，快速進入工作狀態(tài)。隨著筆記本電腦的普及，大量在旅途中的商業(yè)人士希望能夠在機場或者酒店等區(qū)域能夠連接上網(wǎng)。 無線局域網(wǎng)的發(fā)展前景從無線局域網(wǎng)的進一步推廣應用來看，未來的研究方向主要集中在安全性、移動漫游、網(wǎng)絡(luò)管理以及與3G等其他移動通信系統(tǒng)之間的關(guān)系上。該標準用可擴展鑒權(quán)協(xié)議(EAP)實現(xiàn)對用戶的鑒權(quán)。另一種方式則是目前廣泛應用于局域網(wǎng)絡(luò)及遠程接入等領(lǐng)域的虛擬專用網(wǎng)(VPN)安全技術(shù)。在無線網(wǎng)絡(luò)中，如果一邊使用無線局域網(wǎng)接入服務，— 邊移動接入位置，那么一旦移動終端超越子網(wǎng)覆蓋范圍，IP數(shù)據(jù)包就無法到達移動終端，正在進行的通信將被中斷。在移動IP系統(tǒng)中，可保證用戶的移動終端始終使用固定的IP地址進行網(wǎng)絡(luò)通信，不管在怎樣的移動過程中皆可建立TCP連接并不會發(fā)生中斷。網(wǎng)管子系統(tǒng)通常與中央主機相連?？紤]到無線網(wǎng)絡(luò)的連接性不如有線網(wǎng)絡(luò)那樣穩(wěn)定，無線網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)必須監(jiān)視和報告無線信號的變化以及接入點的業(yè)務類型和負載情況，還須能自動發(fā)現(xiàn)進入無線網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的新設(shè)備。無線局域網(wǎng)是否會對第三代移動通信系統(tǒng)構(gòu)成威脅是近年來業(yè)界關(guān)心的一個問題。NorthStream的研究表明，無線局域網(wǎng)與3G和GPRS的結(jié)合可增加用戶的滿意程度和業(yè)務量，從而增加移動運營商的利潤。本章介紹了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的特點以及對它進行了一系列的分類。隨著電子器件制造工藝和無線通信技術(shù)的發(fā)展，以大量具有片上微處理能力的微型傳感器節(jié)點組成的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)逐漸成為工業(yè)界和學術(shù)界研究的熱點問題 J。通常，傳感器網(wǎng)絡(luò)中主要有兩種類型的節(jié)點：傳感器節(jié)點(sensor，結(jié)構(gòu)如圖1所示)和接收器節(jié)點(sink)，傳感器節(jié)點主要用于事件的感知(數(shù)模／模數(shù)轉(zhuǎn)換)以及分組數(shù)據(jù)的傳輸(考慮到普遍性，本文不區(qū)別異構(gòu)傳感器節(jié)點組成的傳感器網(wǎng)絡(luò))而接收器節(jié)點則具有人機界面，可以接人其它類型的網(wǎng)絡(luò)體系，它也是所有傳感器節(jié)點數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪繕斯?jié)點。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議干傳統(tǒng)絡(luò)路由協(xié)議相比，具有如下特點 l，能源有效性傳感器節(jié)電體積微小，通常只能攜帶能量十分有限的電池。為了在網(wǎng)絡(luò)中監(jiān)視目標對象，在路由協(xié)議中配置冗余節(jié)點是必要的，節(jié)點之間可以通信和協(xié)作，共享數(shù)據(jù)，這樣可以保證獲得被監(jiān)視對象比較全面的數(shù)據(jù)。這就需要設(shè)計專門的路由協(xié)議，既能適應高度的拓撲時變，又不引入過多的協(xié)議開銷或過長的路由發(fā)現(xiàn)延遲。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由分類 基于梯度的路由協(xié)議此類路由協(xié)議的基本思想是建立一個類似于地球引力場一樣的梯度場，以sink為中心，則當source得到數(shù)據(jù)后，數(shù)據(jù)可以自動地從源發(fā)送到目的，其中每個節(jié)點將維護一個梯度值。節(jié)點用一組屬性值來描述其需要的數(shù)據(jù)或者收集到的數(shù)據(jù)，比如其屬性值可以是由類型(type)、監(jiān)測范圍(reet)、時間標簽(timestamp)、梯度域集(gradient field，按照能耗最小化的原則引導數(shù)據(jù)擴散的方向)等組合的。圖4表示梯度場建立之后，一旦有匹配數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)即可自動地沿著梯度最大的方向經(jīng)過多跳回到sink。但此類算法一般使用flooding建立梯度場，因此當網(wǎng)絡(luò)規(guī)模很大或者sink興趣變化比較頻繁時，能耗比較大，可擴展性相對差一些。上述三種均是單等級路由協(xié)議，Estrin等研究人員又設(shè)計了多等級路由協(xié)議，其基本思想大致可認為是一種遞歸的單等級路由協(xié)議構(gòu)成的。一旦某個節(jié)點成為簇頭后，就穩(wěn)定地擔任簇頭一定的時間，然后進行下一輪的簇頭選取。LEACH可以在相當程度上節(jié)省節(jié)點能耗，與一般協(xié)議相比，至少可以使網(wǎng)絡(luò)生命周期延長15 ；但是LEACH中每個簇頭可以和sink直接通信的假定并不是在任何情況都可以成立的，因而限制了該算法的應用。圖5 SPIN數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)其中SPIN通過三種報文進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，如圖5所示。而SAR則是類似于有線網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的帶有QoS的路由算法，路徑選取時考慮到了功耗、分組優(yōu)先級等附件條件進行選路，并采用多路徑方法和局部恢復的策略防止路徑失效時重新查找路徑而帶來的開銷。對應此類路由協(xié)議，其前提假定是網(wǎng)絡(luò)內(nèi)每個節(jié)點都可以得知其精確的位置信息。為了保證代理走過的路徑相交，已經(jīng)證明，源和目的分別隨機選取5個方向轉(zhuǎn)發(fā)報文將有99．7 的相交概率。在研究初期，人們一度認為成熟的Internet技術(shù)加上Ad—hoc路由機制對傳感器網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計是足夠充分的，但深人的研究表明：傳感器網(wǎng)絡(luò)有著與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)明顯不同的技術(shù)要求。網(wǎng)絡(luò)層主要的目標是：尋找用于傳感器網(wǎng)絡(luò)的高能效的路由建立和可靠的數(shù)據(jù)傳輸方法，從而使網(wǎng)絡(luò)壽命最長。 路協(xié)議比較研究 【Flooding) 傳統(tǒng)模式Flooding and gossiping這種算法L4J也是傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中最基本的路由方式，不需要知道網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)和使用任何路由算法。(event—driven) SPIN 算法(Sensor Protocols forInformation via Negotiation)該協(xié)議[5]注意到鄰近的節(jié)點所感知的數(shù)據(jù)具有相似性，所以希望通過節(jié)點間協(xié)商(Negotiation)的方式，sensor節(jié)點只廣播其它節(jié)點所沒有的數(shù)據(jù)以減少冗余數(shù)據(jù)，從而有效減少能量消耗。文獻[6]SPIN2考慮了sensor節(jié)點剩余能量值，當其剩余能量低于某個門限值就不再參與任何報文的轉(zhuǎn)發(fā)，僅能夠接收來自其它鄰節(jié)點的報文和發(fā)出REQ報文。該算法其本質(zhì)如同SPIN算法，與之不同的是，該算法通過sensor節(jié)點維護的事件列表信息，能夠維護一條與源節(jié)點間之間的路徑，所以經(jīng)過初始化的泛洪后，相應路由信息即建立起來了，從而避免了SPIN協(xié)議中的大量泛洪過程，達到顯著節(jié)省能量的目的。不足的是，該算法在建立多條路徑的時候需要交換相鄰節(jié)點的位置信息以及對節(jié)點進行統(tǒng)一的編址，這在很大程度上加大了路由建立過程的代價。interest由sink節(jié)點發(fā)出，通過泛洪的方式到達傳感器網(wǎng)絡(luò)中所有sensor節(jié)點，sensor節(jié)點在本地維持了interest的緩存。該算法也允許路由選擇多條通路。算法在interest報文傳送的過程中，計算sensor節(jié)點到sink 節(jié)點的最小跳數(shù)作為其height值，并計算自身的height和鄰節(jié)點的height差值作為兩節(jié)點間鏈路的Gradient值(與DirectedDiffusion中的gradient不同)，路由時，選取與該節(jié)點相連的最大Gradient對應的鏈路進行數(shù)據(jù)報文轉(zhuǎn)發(fā)。 CoI瓜GAR和ACQUII E這兩種算法將整個傳感器網(wǎng)絡(luò)看作分布式數(shù)據(jù)庫，COURGAR[12J在網(wǎng)絡(luò)層引人了查詢層的概念，建立了一個資源不受限、負責查詢管理的頭節(jié)點，由它產(chǎn)生查詢方案、其它節(jié)點工作負載管理和數(shù)據(jù)匯集，從而使傳感器網(wǎng)絡(luò)支持復雜事件查詢。同時，集群分組方式帶來了額外開銷以及覆蓋問題。雖然性能獲得了提升，然而由于傳輸是異步的，造成報文傳輸時間過長。算法對第一次集群分組選出的cluster header進行了第二次集群分組，并引入絕對門限(hard—threshold)和相對門限(soft—threshold)來檢測突發(fā)事件。 Energyaware for clusterbased networks該算法也是基于LEACH算法和[8]的改進。其主要出發(fā)點就是在集群分組中進行局部和全局的多次數(shù)據(jù)匯集從而減少冗余數(shù)據(jù)的傳輸。使用資源限制小的節(jié)點作為路由器，并固定其位置；其它sensor節(jié)點可以是靜止也可以是運動的，通過固定放置的路由節(jié)點接人整個網(wǎng)絡(luò)。該算法引入了估計代價(estimated eost)和自學習代價(1earning cost)。當兩個節(jié)點需要進行數(shù)據(jù)交換的時候，協(xié)議將根據(jù)Belmann．Ford最短路徑法選取能耗最小的一條通路進行傳輸。類似的，像GOAFRl J和SPAN[27]算法都可以直接應用于傳感器網(wǎng)絡(luò)，限于篇幅，本文不再展開。通過downstream和upstream，在局部范圍內(nèi)可以自動維護路由狀態(tài)表。該算法以鏈路花費為度量參數(shù)，用Dijkstra算法，在sink和source節(jié)點間建立滿足應用程序指定的傳輸時延的路徑。如圖6所示，BeaconExchange模塊用于管理節(jié)點的地址信息，DelayEstimation模塊根據(jù)ACK來計算packet傳輸已花費時間，Backpressure Rerouting用于通知source節(jié)點重新選擇路徑，Neighborhood Feedback 1．x~p用于計算節(jié)點的鄰節(jié)點relay ratio。迄今為止，國內(nèi)外已經(jīng)提出幾十種wsN的路由協(xié)議，分別應用在不同的場合。(2)IPv6與WSN的結(jié)合。(3)QoS路由。將路由協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議(如IPv6)和鏈路層協(xié)議(如鏈路質(zhì)量)等結(jié)合起來設(shè)計，跨層設(shè)計，共享各層信息，消除冗余報文，減少協(xié)議開銷，實現(xiàn)協(xié)議的優(yōu)化設(shè)計。(6)支持單向信道。(7)路由安全。(8)可擴展性。注釋【1】王文博．寬帶無線通信OFDM技術(shù)[M]．北京：人民郵電出版社，2003．【2】Andrew S．Tanenbaura．COMPUrER NETWORKS[M]．清華大學出版社，2OO5． 責任編輯：張榮香【3】涂承勝，魯明羽，陸玉昌．web挖掘研究綜述[J]．計算機工程與應用，2003(10)：90—93．【4】何小玉．無線局域網(wǎng)技術(shù)與應用【M]．北京：人民郵電出版社2004．25～98．【5】吳承英，馬世俊，張勇．ADSL寬帶測試技術(shù)。首先，我要感謝我的導師羅海庚老師在畢業(yè)設(shè)計中對我給予的悉心指導和嚴格要求。在此，我和我們?nèi)M同學對羅老師表示最衷心的感謝，有了他的陪伴，我們走過了荊棘，邁向了成功。還有許許多多給予我學業(yè)上鼓勵和幫助的師長、朋友，在此無法一一列舉，在此也表示忠心地感謝！大學生活的結(jié)束，也是我人生新的生活起點，我將謹記老師們的教誨，將自己的所學奉獻給社會。1999