介绍 |
| 最近无线通信技术的进步和廉价无线设备的制造导致了低功耗无线传感器网络的引入。由于无线传感器网络部署简单，且具有传感器节点的多功能性，因此已被用于医疗保健、目标跟踪和环境监测等各种应用。每个应用中的传感器节点的主要职责是对目标区域进行感知，并将采集到的信息传输给汇聚节点进行进一步的操作。传感器节点的资源限制和低功耗无线链路的不可靠性，以及不同应用对性能的不同要求，给设计高效的无线传感器网络通信协议带来了许多挑战。同时，设计合适的路由协议以满足各种应用的不同性能要求是无线传感器网络的一个重要问题。在此背景下，研究人员通过无线传感器网络协议栈的网络层提出了众多路由协议，以提高不同应用的性能需求。现有的无线传感器网络路由协议大多是基于单路径路由策略设计的，没有考虑各种流量负载强度的影响。在这种方法中，每个源节点选择一条能够满足预期应用程序性能要求的路径将流量发送到汇聚节点。虽然采用单路径路由方法可以以最小的计算复杂度和资源利用率进行路由发现，但单路径的有限容量极大地降低了可实现的网络吞吐量。此外，这种方法对节点或链路故障的低灵活性可能会在关键情况下显著降低网络性能。 For instance, whenever the active path fails to transmit data packets such as a result of limited power supply of the sensor nodes, high dynamics of wireless links and physical damages, finding an alternative path to continue data transmission process may cause extra overhead and delay in data delivery. Therefore, due to the resource constraints of sensor nodes and the unreliability of wireless links, single-path routing approaches cannot be considered effective techniques to meet the performance demands of various applications. [5] In order to cope with the limitations of single-path routing techniques, another type of routing strategy, which is called the multipath routing approach has become as a promising technique in wireless sensor and ad hoc networks. Dense deployment of the sensor nodes enables a multipath routing approach to construct several paths from individual sensor nodes towards the destination. Discovered paths can be utilized concurrently to provide adequate network resources in intensive traffic conditions. Alternatively, each source node can use only one path for data transmission and switch to another path upon node or link failures. The latter one is mainly used for fault-tolerance purposes, and this is known as alternative path routing. In the past decade, multipath routing approach has been widely utilized for different network management purposes such as improving data transmission reliability, providing fault-tolerant routing, congestion control and Quality of Service (QoS) support in traditional wired and wireless networks. However, the unique features of wireless sensor networks (e.g., constrained power supply, limited computational capability, and low-memory capacity) and the characteristics of short-range radio communications (e.g., fading and interference) introduce new challenges that should be addressed in the design of multipath routing protocols. Accordingly, existing multipath routing protocols proposed for traditional wireless networks (such as ad hoc networks) cannot be used directly in low-power sensor networks. During the past years, many issue has motivated the research community of wireless sensor networks to develop multipath routing protocols which are suitable for sensor networks. |
背景底纸 |
| 有几篇论文研究了无线传感器网络的路由协议。这些调查描述和分析了为传感器网络提出的一般路由策略。然而，这些文献都没有对现有的无线传感器网络多路径路由协议进行全面的分类。下面的作者给了我们一个想法和简单的方法来开发一个建议的工作。 |
•L。Akyildiz, W. Su, Y. Sankarasubramanian和E. Cayirci，“传感器网络的调查”，IEEE通信杂志，第40卷。不。8, pp. 102-114, 2002。 |
| 作者提出了无线传感器网络中的路由挑战和设计问题。他们根据网络结构和协议操作对现有的路由策略进行了分类。简要介绍了无线传感器网络中现有的容错路由协议，并将其分为基于重传的路由协议和基于复制的路由协议。 |
•G. N. Bravos和G. Efthymoglou，“基于mimo和SISO的多跳传感器网络:能效评估”，IEEE无线与移动计算、网络与通信国际会议论文集，2007 |
| G. N. Bravos和G. Efthymoglou等人根据其设计中使用的主要标准对无线传感器网络中现有的多路径路由协议进行了分类。因此，开展这项研究的主要动机是缺乏对无线传感器网络多路径路由协议的全面调查。据我们所知，本文是第一次对传感器网络中现有多路径路由协议的运行及其优缺点进行分类和研究。 |
提出工作 |
| 该协议的基础是开发一种基于簇的路由，其中簇头应根据最大覆盖范围选择，并应具有足够的能量来延长通信。下面的图1(a)和1(b)显示了算法EULP(Extended and Updated Leach Protocol)拟议的工作设计和架构，其中我们通过高能节点进行路由。对于集群的形成，选择节点能量高的节点。 |
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算法EULP |
算法:EULP |
| [1]。设W, H为网络宽度和高度。网络区域A=WxH。 |
| [2]。 |
| [3]。设节点0为位于W/2,H/2的Sink节点。 |
| [4]。这个问题可以概括为从S个源中得到一个连通图G={V,E}，其中V是节点，E是所有边或链接的集合，从而使L最大化，其中L是生命期，定义为Ei<=0时tl，其中i可以是Sink以外的任何节点。 |
| [5]。最初，所有节点都广播HELLO报文，并让其他节点知道自己的能量和位置。 |
| [6]。Sink在初始阶段从数据源中采集数据时，会选择邻居最多且能量足够的节点作为簇首。 |
| [7]。每个群集头被通知它是群集头。 |
| [8]。源生成RREQ报文。 |
| [9]。只有当RREQ报文是簇头时，节点才会转发。 |
| [10]。在每个源之间形成路由，通过集群头进行下沉。 |
| [11]。数据从源传输到接收器。 |
| [12]。节点失去能量为 |
| [13]。损失= Eidle + Etransmit + erreceive |
| [14]。E=E- eloss，其中Eidle=1pJ/s |
| [15]。透射率= 3mJ/包(考虑包的大小) |
| [16]。长度1024) |
| [17]。Ereceive = 1mJ/Packet |
| [18]。在传输过程中，如果任何Ei小于0，则将该时间标记为网络生存期。 |
| [19]。如果集群头释放的能量低于最大能量的30%，那么它会通知源。选择一个备选簇头，所有经过前一个簇头的路由生成RERR，形成新的路由。 |
评估和结果 |
| 以下是用于评估EULP的参数 |
| •分组投递比 |
| 源下发到sink的报文数/源节点产生的报文数。 |
| •延迟 |
| 所有数据包从源到Sink的平均传输时间。 |
| •控制开销 |
| 发送控制报文数(RREQ,RERR, HELLO,RREP)/发送数据包数。 |
| •平均能耗 |
| Avg (Emax-Ei)其中i=1,2..N和i!=下沉。分析所提出的基于簇的路由方案，其中簇头应根据最大覆盖范围选择，并应具有足够的能量来延长通信。使用QualNet 7.0评估能量消耗并最大化传感器网络的生命周期。模拟考虑了一个维数为WxH (W =500 & H=500 m)、总节点数为N= 25和50的感知场。下面列出了用于模拟的节点25和50的系统参数。平均集群生存期和延迟25和50个节点的平均集群生存期和延迟。如下图2所示，提出的EULP的平均集群生命周期优于常规LEACH。 |
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结论 |
| 传统的传感器网络协议如直接扩散和Leach不能保证网络的可靠性，不能保证更长的生命周期。与QOS问题相比，生命周期最大化问题通常被视为一个孤立的问题。在EULP中提出的研究是QOS感知协议，它提供了确保执行路由的边的最大生命周期，从而最小化由于节点移动或碰撞造成的损失，从而通过最小化能量损失来增强生命周期。结果表明，该系统的使用寿命优于传统的浸出系统。还有其他一些因素，如带宽，延迟，影响网络的性能，这是相关的。但是，解决这些参数之间的尖锐关系是困难的。因此，将模糊决策与硬决策最大化问题结合起来，可以进一步改进该工作。 |
参考文献 |
- K. Khamforoosh，和H. Khamforoush，“一种新的无线传感器网络能量降低的舍入算法”，IEEE, 2009
- J.N Al-Karaki和A.E. Kamal，“无线传感器网络中的路由技术:调查”，IEEE无线通信，Vol. 11, No. 6 pp.6-28, 2004年12月。
- M. Younis, M. Youssef和K. Arisha，“基于集群的传感器网络中的能量感知路由”，在第10届IEEE/ACM会议论文集(MASCOTS2002)， Fort Worth, TX, 2002年10月
- S. Lindsay和C. Raghavendra，“PEGASIS:传感器信息系统的节能采集”，国际通信会议，2001。
- J.N al -karaki等人，“无线传感器网络中的数据聚合-精确和近似，2004。
- J. N. Al-Karaki，和G. A. Al-Mashaqbeh，“MATLAB:一种新的无线传感器网络仿真平台”，国际传感器技术与应用会议，2007。
- http://alkautsarpens.wordpress.com/wsn/算法”，IEEE Wks。高的性能。交换与路由2004，凤凰城，AZ, 4月18-21日，
- R. V. Biradar, V. C. Patil, S. Sawant博士和R. R. Mudholkar博士，“无线传感器网络中路由协议的分类和比较”，UbiCC杂志，第4卷。
- Shio Kumar Singh 1, M P Singh 2, D K Singh，“无线传感器网络中的路由协议-调查”，国际计算机杂志
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