无线传感器网络涟漪路由协议的设计和实现.pdfVIP

无线传感器网络涟漪路由协议的设计与实现 刘 海 郭 伟 谢世欢王 俊 (电子科技大学通信抗干扰技术国家级重点实验室，四川成都，610054) 摘要：无线传感器网络(Wireless 时监测并收集信息，主要用于军事战场、科学研究、商业应用、工业控制、环境保护等，具有 多方面的应用价值和广泛的应用前景。因此，各研究机构和标准化组织都加紧进行对其研究。 虽然无线传感器网络和无线自组网很相似，但是无线传感器网络有其不同于无线自组网的本质 特点，现有的无线自组网路由协议并不适用于其中，需要有针对性地研究无线传感器的路由协 议．本文主要探讨了无线传感器网络路由协议的设计，提出了涟漪路由协议，这个协议是基于 EM78815单片机系统的静态温度测量路由协议，在实验系统测试条件下，完成了基本的组网 和路由功能。本文还对涟漪路由节点出现移动时的两种情况做了详细的理论分析．同时，涟漪 路由协议相比于绝大多数路由协议，能节约系统的存储资源，当有节点脱网后还能够自动修复 路由，从而能适用于WSN。 关键词：无线传感器网络；路由协议；涟漪 1．引言 Sensor 无线传感器网络(Wireless 网络。传感器节点对一定对象进行监测，然后将采集的数据通过无线传感器网络传送到 性监控以及商业应用等领域具有广阔的应用前景。 WSN最重要的特点就是传感器节点数量和节点密度较高，不移动或很少移动，数据 分组处理能力不强，能量也非常有限，而且由于节点所处的环境往往比较恶劣，节点比较 容易受环境影响而失去工作能力，从而不能为其他节点充当路由中间节点。这些特性使得 Adhoc 传统网络以及移动自组织网络(Mobile 应用于WSN。WSN对其采用的路由协议有比较明确的要求。首先要节能，传感器节点体 积比较小，拥有的能量也非常有限，路由协议必须尽可能延长每个节点的生存时间，平衡 网络能量消耗以尽可能延长整个网络的总体生存时间；其次，由于网络的拓扑容易发生变 化，所以路由协议必须能感应网络的拓扑变化，并且尽可能快速而节能地生成新的路由。 近年来，人们已经提出了一些针对无线传感器网络的路由协议，较有代表性的如平面路由 GBAl2I、Directed MANET现有的路由协议，比如AODVIll等，加以改进，使其适用于无线传感器网络。 无线传感器网络节点的实现朝着体积微型化和成本低廉化的方向发展。目前，这两种 摹金资助：国家发政委2005年度中国下一代互联网示范工程研究开发、产业化及应用实验项目。项目名称：11％6无线 传感器网络节点。项目编号：CNGI一04．10-lD。 联系作者：刘海，E-mail：soccerfans@163．corn 40 第2部分传感器网络 发展趋势都有各自广泛的应用场景。节点微型化便于节点的隐藏，而成本低廉化能使无线 传感器网络得到更好的普及。总体上讲，节点向微型化的发展主要应用于军事监测网络， 而节点向成本低廉化方向发展主要应用于民用监测网络。适用于低成本的节点系统一般都 采用了单片机作为MCU(微控制单元)。单片机内嵌有存储器，可以简化系统的硬件设计。 但是，单片机系统本身所嵌入的存储资源有限。在设计路由协议的时候，需要根据操作系 统占用的存储资源，以及路由协议自身所占用的存储资源情况，尽量减少路由表项和降低 路由算法的复杂度。 本文中采用的实验平台中的单片机为EM78815。EM78815是基于与Intel8051兼容的 8位单片机。为了在上述无线传感器硬件平台上设计出能够运行的可靠的无线传感器网络 路由协议，本文提出了涟漪路由协议算法。该网络协议的典型应用为采集到的实时温度、 湿度数据，并通过无线传感器网络传递到Sink节点。本文第二部分将详细讲述涟漪路由协 议的工作原理。本文第三部分是对协议的性能分析。第四部分是在EM78815上实现的涟 漪路由程序的测试结果。 涟漪路由协议原理 2．1 Lipper协议特点以及应用场景 无线传感器网络路由协议跟无线自组网路由协议的一个莺要差别在于无线传感器网 络一般只需要在信息采集节点和信息汇聚节点之间传递信息，而信息采集节点之间一般不 需要传递信息，因此无线传感器网络路由协议仅仅需要维护信息采集节点和信息汇聚节点