【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(kuò)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(shí)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(shí)，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(dòng)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(yīng)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(fēng)尚。同時(shí)國內(nèi)寬帶服務(wù)越來越多，很多家庭已經(jīng)選擇了使用寬帶服務(wù)。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(gè)內(nèi)部的局域網(wǎng)，傳統(tǒng)的方法是在辦公室內(nèi)進(jìn)行有線布線，每個(gè)座位附近安裝一個(gè)局域網(wǎng)的RJ45接口。在辦公室內(nèi)安裝一個(gè)無線局域網(wǎng)的接入點(diǎn)(AP，Access Point)，每個(gè)機(jī)器安裝一個(gè)無線網(wǎng)卡，可以在一個(gè)小時(shí)內(nèi)建立起公司內(nèi)部網(wǎng)，快速進(jìn)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(jī)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(jìn)一步推廣應(yīng)用來看，未來的研究方向主要集中在安全性、移動(dòng)漫游、網(wǎng)絡(luò)管理以及與3G等其他移動(dòng)通信系統(tǒng)之間的關(guān)系上。該標(biāo)準(zhǔn)用可擴(kuò)展鑒權(quán)協(xié)議(EAP)實(shí)現(xiàn)對用戶的鑒權(quán)。另一種方式則是目前廣泛應(yīng)用于局域網(wǎng)絡(luò)及遠(yuǎn)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(wù)，— 邊移動(dòng)接入位置，那么一旦移動(dòng)終端超越子網(wǎng)覆蓋范圍，IP數(shù)據(jù)包就無法到達(dá)移動(dòng)終端，正在進(jìn)行的通信將被中斷。在移動(dòng)IP系統(tǒng)中，可保證用戶的移動(dòng)終端始終使用固定的IP地址進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信，不管在怎樣的移動(dòng)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(jī)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(bào)告無線信號的變化以及接入點(diǎn)的業(yè)務(wù)類型和負(fù)載情況，還須能自動(dòng)發(fā)現(xiàn)進(jìn)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(dòng)通信系統(tǒng)構(gòu)成威脅是近年來業(yè)界關(guān)心的一個(gè)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(wù)量，從而增加移動(dòng)運(yùn)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(diǎn)以及對它進(jìn)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(diǎn)組成的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)逐漸成為工業(yè)界和學(xué)術(shù)界研究的熱點(diǎn)問題 J。通常，傳感器網(wǎng)絡(luò)中主要有兩種類型的節(jié)點(diǎn)：傳感器節(jié)點(diǎn)(sensor，結(jié)構(gòu)如圖1所示)和接收器節(jié)點(diǎn)(sink)，傳感器節(jié)點(diǎn)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(diǎn)組成的傳感器網(wǎng)絡(luò))而接收器節(jié)點(diǎn)則具有人機(jī)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(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪繕?biāo)節(jié)點(diǎn)。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(diǎn) 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(biāo)對象，在路由協(xié)議中配置冗余節(jié)點(diǎn)是必要的，節(jié)點(diǎn)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(jì)專門的路由協(xié)議，既能適應(yīng)高度的拓?fù)鋾r(shí)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(gè)類似于地球引力場一樣的梯度場，以sink為中心，則當(dāng)source得到數(shù)據(jù)后，數(shù)據(jù)可以自動(dòng)地從源發(fā)送到目的，其中每個(gè)節(jié)點(diǎn)將維護(hù)一個(gè)梯度值。節(jié)點(diǎn)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(shí)間標(biāo)簽(timestamp)、梯度域集(gradient field，按照能耗最小化的原則引導(dǎo)數(shù)據(jù)擴(kuò)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(dòng)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(dāng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模很大或者sink興趣變化比較頻繁時(shí)，能耗比較大，可擴(kuò)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(jì)了多等級路由協(xié)議，其基本思想大致可認(rèn)為是一種遞歸的單等級路由協(xié)議構(gòu)成的。一旦某個(gè)節(jié)點(diǎn)成為簇頭后，就穩(wěn)定地?fù)?dān)任簇頭一定的時(shí)間，然后進(jìn)行下一輪的簇頭選取。LEACH可以在相當(dāng)程度上節(jié)省節(jié)點(diǎn)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(gè)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(yīng)用。圖5 SPIN數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)其中SPIN通過三種報(bào)文進(jìn)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(shí)考慮到了功耗、分組優(yōu)先級等附件條件進(jìn)行選路，并采用多路徑方法和局部恢復(fù)的策略防止路徑失效時(shí)重新查找路徑而帶來的開銷。對應(yīng)此類路由協(xié)議，其前提假定是網(wǎng)絡(luò)內(nèi)每個(gè)節(jié)點(diǎn)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(jī)選取5個(gè)方向轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文將有99．7 的相交概率。在研究初期，人們一度認(rèn)為成熟的Internet技術(shù)加上Ad—hoc路由機(jī)制對傳感器網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)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(biāo)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?fù)浣Y(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(diǎn)所感知的數(shù)據(jù)具有相似性，所以希望通過節(jié)點(diǎn)間協(xié)商(Negotiation)的方式，sensor節(jié)點(diǎn)只廣播其它節(jié)點(diǎn)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(xiàn)[6]SPIN2考慮了sensor節(jié)點(diǎn)剩余能量值，當(dāng)其剩余能量低于某個(gè)門限值就不再參與任何報(bào)文的轉(zhuǎn)發(fā)，僅能夠接收來自其它鄰節(jié)點(diǎn)的報(bào)文和發(fā)出REQ報(bào)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(diǎn)維護(hù)的事件列表信息，能夠維護(hù)一條與源節(jié)點(diǎn)間之間的路徑，所以經(jīng)過初始化的泛洪后，相應(yīng)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(dá)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(shí)候需要交換相鄰節(jié)點(diǎn)的位置信息以及對節(jié)點(diǎn)進(jìn)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(jià)。interest由sink節(jié)點(diǎn)發(fā)出，通過泛洪的方式到達(dá)傳感器網(wǎng)絡(luò)中所有sensor節(jié)點(diǎn)，sensor節(jié)點(diǎn)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(bào)文傳送的過程中，計(jì)算sensor節(jié)點(diǎn)到sink 節(jié)點(diǎn)的最小跳數(shù)作為其height值，并計(jì)算自身的height和鄰節(jié)點(diǎn)的height差值作為兩節(jié)點(diǎn)間鏈路的Gradient值(與DirectedDiffusion中的gradient不同)，路由時(shí)，選取與該節(jié)點(diǎn)相連的最大Gradient對應(yīng)的鏈路進(jìn)行數(shù)據(jù)報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)。 CoI瓜GAR和ACQUII E這兩種算法將整個(gè)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(gè)資源不受限、負(fù)責(zé)查詢管理的頭節(jié)點(diǎn)，由它產(chǎn)生查詢方案、其它節(jié)點(diǎn)工作負(fù)載管理和數(shù)據(jù)匯集，從而使傳感器網(wǎng)絡(luò)支持復(fù)雜事件查詢。同時(shí)，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(bào)文傳輸時(shí)間過長。算法對第一次集群分組選出的cluster header進(jìn)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(jìn)。其主要出發(fā)點(diǎn)就是在集群分組中進(jìn)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(diǎn)作為路由器，并固定其位置；其它sensor節(jié)點(diǎn)可以是靜止也可以是運(yùn)動(dòng)的，通過固定放置的路由節(jié)點(diǎn)接人整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。該算法引入了估計(jì)代價(jià)(estimated eost)和自學(xué)習(xí)代價(jià)(1earning cost)。當(dāng)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)需要進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的時(shí)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(jìn)行傳輸。類似的，像GOAFRl J和SPAN[27]算法都可以直接應(yīng)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(dòng)維護(hù)路由狀態(tài)表。該算法以鏈路花費(fèi)為度量參數(shù)，用Dijkstra算法，在sink和source節(jié)點(diǎn)間建立滿足應(yīng)用程序指定的傳輸時(shí)延的路徑。如圖6所示，BeaconExchange模塊用于管理節(jié)點(diǎn)的地址信息，DelayEstimation模塊根據(jù)ACK來計(jì)算packet傳輸已花費(fèi)時(shí)間，Backpressure Rerouting用于通知source節(jié)點(diǎn)重新選擇路徑，Neighborhood Feedback 1．x~p用于計(jì)算節(jié)點(diǎn)的鄰節(jié)點(diǎn)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(yīng)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(jì)，跨層設(shè)計(jì)，共享各層信息，消除冗余報(bào)文，減少協(xié)議開銷，實(shí)現(xiàn)協(xié)議的優(yōu)化設(shè)計(jì)。(6)支持單向信道。(7)路由安全。(8)可擴(kuò)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(xué)出版社，2OO5． 責(zé)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(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2003(10)：90—93．【4】何小玉．無線局域網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)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(dǎo)師羅海庚老師在畢業(yè)設(shè)計(jì)中對我給予的悉心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求。在此，我和我們?nèi)M同學(xué)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(xué)業(yè)上鼓勵(lì)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(xué)生活的結(jié)束，也是我人生新的生活起點(diǎn)，我將謹(jǐn)記老師們的教誨，將自己的所學(xué)奉獻(xiàn)給社會。1999