1、ISSN 1000-9825，CODEN RUXUEWdmanal ofSoftware，VoI 17，NO 3，March 2006，pp 410_42lDOI：10 l 360aosl704100 2006 byJournal ofSoftware All rigats reserved无线传感器网络路由协议研究进展唐勇1_，周明天1，张欣21(电子科技大学计算机科学与工程学院，四川成都610054)2(电子科技大学通信与信息工程学院，四川成都610054)Overview of Routing Protocols in Wireless Sensor NetworksTANG Yong”
2、，ZHOU MingTianl，ZHANG Xin2E-mail：josiscas ac cnTelF“ax却：+：锪86 1裂0 6“25。68256“3Tel -一1(College ofComputing Science and Engineering，University ofEleetronie Science and Technology ofChina，Chengdu 610054，China)2(College ofCommunication and Information Engineering，University ofElechonie Science and Techn
3、ology ofChina,Chengdu 610054，Chma)+Corresponding author：Phn：+86-2883242009，E-mail：worldgulittomcom，http：www uesk edtt cnTang Y，Zhou MT，Zhang XOverview of routing protocols in wireless sensor networksJournal ofSofvare2006，17(3)：410-421http：wwwjos orgon1000982517410htmAbstract：Wireless sensor networks
4、 are different from traditional networks and highly dependent on applications，so traditional routing protocols cannot be applied efficiently to them Therefore many routing protocols for wirelesssensor networks are studiedAfter describing the characteristics of wireless sensor networks，the classifica
5、tionstandards for routing protocols are presentedThen the key mechanisms of the existing representative routingprotocols are analyzed and their classifications，characteristics and appfication areas are compared Finally，theimportant features that good routing protocols possess ase summarized，and the
6、future research strategies and trendsKey words： wireless sensor network；ad hoc network；muting protocol；routing mechanism摘要：无线传感器网络具有与传统网络不同的特点，且与应用高度相关传统路由协议不能有效地用于无线传感器网络周而人们研究了众多的无线传感器网络路由协议雇介绍无线传感器网络的特点后，提出了路由协议的分类方法，然后着重分析了当前一些较为重要的路由协议的核心路由机制，并采用比较方式指出了这些路由协议的类别、特点和主要应用范围最后总结了好的路由协议应具有的特点以及未来的研
7、究策略与发展趋势关键词：无线传感器网络：自组织网络：路由协议；路由机制中图法分类号：TP393 文献标识码：A随着无线通信、电子与传感技术的发展，无线传感器网络(wireless sensornetworks，简称WSNs)弓l起了人们的广泛关注E”WSNs由具有传感、数据处理和短距离无线通信功能的传感器组成，在军事国防、环境监测、生物医疗、抢险救灾以及商业应用等领域具有广阔的应用前景i1-”，WSNs与传统固定网络有很大的不同与WSNs最为相似的是移动自组织网络(mobile ad hoc networks，简称MANET)，尽管二者都是无线自组织多跳网络，但差异很大卜4：WSNs节点不移动
8、或很少移动，而MANET节Received 2005-0818：Accepted 2005-11-08万方数据唐勇等：无线传感器网络路由协议研究进展 411点移动性强；WSNs的数据包更小，因而数据传输开销更大；WSNs节点的计算、存储、通信能力更有限；WSNs节点因能量耗尽而易失效；WSNs节点通信高能耗，数据计算低能耗，而这种差异在MANET中并不重要；WSNs般独立成嘲，主要用于监测功能，是以数据为中心的网络，MANET则能为分布式应用提供互联、计算能力；WSNs节点可达上千，远大于MANET的几十个节点；WSNs网络流量具有many-toole和onetomany的特点；WSNs节点合
9、作完成监测任务，与应用高度相关，数据相关性较大；WSNs节点一般没有统一编址(在某些应用中可对节点编址)WSNs的上述特点使得众多传统固定网络与MANET的路由协议不能有效地应用于WSNs研究人员正在努力研究适合WSNs的路由协议本文分析与总结了当前较重要的WSNs路由协议的分类方法、核心路由机制与特点，指出了将来的研究策略与发展趋势，目的在于更好地理解WSNs路由，为路由协议的进一步研究提供参考1无线传感器网络路由协议分类方法WSNs路由协议负责在sink点和其余节点间可靠地传输数据由于WSNs与应用高度相关，单一的路由协议不能满足各种应用需求，因而人们研究了众多的路由协议为揭示协议特点，我
10、们根据文献f525中路由协议采用的通信模式、路由结构、路由建立时机、状态维护、节点标识和投递方式等策略，运用多种分类方法对其进行了分类由于研究人员组合多种策略来实现路由机制。故同一路由协议可分属不同类别(1)根据传输过程中采用路径的多少，可分为单路径路由协议和多路径路由协议单路径路由节约存储空问，数据通信量少；多路径路由容错性强，健壮性好，且可从众多路由中选择一条最优路由(2)根据节点在路由过程中是否有层次结构、作用是否有差异，可分为平面路由协议和层次路由协议平面路由简单，健壮性好，但建立、维护路由的开销大，数据传输跳数多，适合小规模网络：层次路由扩展性好，适合大规模网络，但簇的维护开销大，且
11、簇头是路由的关键节点，其失效将导致路由失败(3)根据路由建立时机与数据发送的关系，可分为主动路由协议、按需路由协议和混合路由协议主动路由建立、维护路由的开销大，资源要求高；按需路由在传输前需计算路由，时延大；混合路由则综合利用这两种方式(4)根据是否以地理位置来标识日的地、路由计算中是否利用地理位置信息，可分为基于位置的路由协议和非基于位置的路由协议有大量WSNs应用需要知道突发事件的地理位置，这是基于位置的路由协议的应用基础，但需要GPS定位系统或者其他定位方法协助节点计算位置信息(5)根据是否以数据来标识目的地，可分为基于数据的路由协议和非基于数据的路由协议有大量WSNs应用要求查询或上报
12、具有某种类型的数据，这是基于数据的路由协议的应用基础但需要分类机制对数据类型进行命名(6)根据节点是否编址、是否以地址标识目的地，可分为基于地址的路由协议和非基于地址的路由协议基于地址的路由在传统路由协议中较常见，而在WSNs中一般不单独使用而与其他策略结合使用(7)根据路由选择是否考虑QoS约束，可分为保证QoS的路由协议和不保证QoS的路由协议保证QoS的路由协议是指在路由建立时，考虑对延、丢包率等QoS参数，从众多可行路由中选择一条最适合QoS应用要求的路由(8)根据数据在传输过程中是否进行聚合处理可分为数据聚台的路由协议和非数据聚合的路由协议数据聚合能减少通信量，但需要时间同步技术的支
13、持，并使传输时延增加(9)根据路由是否由源节点指定，可分为源站路由办议和非源站路由协议源站路由协议节点无须建立、维护路由信息，从而节约存储空间，减少通信开销但如果网络规模较大，数据包头的路由信息开销也大，而且如果网络拓扑变化频繁，将导致路由失败，(10)根据路由建立时机是否与查询有关，可分为查询驱动的路由协议和非查询驱动的路由协议查询驱动的路由协议能够节约节点存储空间，但数据时延较大，且不适合环境监测等需紧急上报的应用万方数据4122无线传感器网络路由协议分析Journal of Software软件学报Vol 17，No 3，Mamh 2006通过对当前WSNs路由协议的研究，我们选取了以下
14、较为重要的路由协议对其核心路由机制、特点和优缺点等进行了分析(1)Flooding协议和Gossiping协议“l这是两个撮为经典和简单的传统网络路由协议，可应用到WSNs中在Flooding协议中，节点产生或收到数据后向所有邻节点广播，数据包直到过期或到达目的地才停止传播该协议具有严重缺陷：内爆(节点几乎同时从邻节点收到多份相同数据)、交叠(节点先后收到监控同一区域的多个节点发送的几乎相同的数据)、资源利用盲目(节点不考虑自身资源限制在任何情况下都转发数据)Gossiping协议是对Flooding协议的改进，节点将产生或收到的数据随机转发，避免了内爆，但增加了时延这两个协议不需要维护路由信
15、息，也不需要任何算法，简单但扩展性很差(2)SPIN协议嘲这是第1个基于数据的路由协议该协议以抽象的元数据对数据进行命名，命名方式没有统一标准节点产生或收到数据后，为避免盲目传播，用包含元数据的ADV消息向邻节点通告，需要数据的邻节点用REQ消息提出请求，数据通过DATA消息发送到请求节点协议的优点是孙ADV消息减轻了内爆问题；通过数据命名解决了交叠问题；节点根据自身资源和应用信息决定是否进行ADV通告。避免了资源利用盲目问题与Flooding和Gossiping协议相比，有效地节约了能量但其缺点是：当产生或收到数据的节点的所有邻节点都不需要该数据时，将导致数据不能继续转发，以致较远节点无法得
16、到数据，当网络中大多节点都是潜在sink点时，问题并不严重但当sirHeinzelman WR;Balakrishnan H Negotiation based protocols for disseminating information inwireless sensor networks外文期刊 2002(2-3)2.Haas ZJ;Halpern JY;Li L Gossip-Based ad hoc routing外文会议 20023.Niculescu D;Americ NL Communication paradigms for sensor networks外文期刊 2005(
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23、s sensornets.IRB-TR-04-012 200421.He T;Stankovic JA;Lu C;Abdelzaher T SPEED:A stateless protocol for real-time communication insensor networks 200322.Yu Y;Estrin D;Govindan R Geographical and energy-aware routing:A recursive data disseminationprotocol for wireless sensor networks.UCLA-CSD TR-01-0023
24、 200123.Chu M;Haussecker H;Zhao F Scalable information-driven sensor querying and routing for ad hocheterogeneous sensor networks外文期刊 2002(03)24.Schurgers C;Srivastava MB Energy efficient routing in wireless sensor networks外文会议 200125.Ye F;Chen A;Lu S;Zhang L A scalable solution to minimum cost forw
25、arding in large sensor networks外文会议 200126.KarlofC;Wagner D Secure routing in sensor networks:attacks and countermeasures 2003(01)27.Chang JH;Tassiulas L Maximum lifetime routing in wireless sensor networks 2004(04)28.Sohrabi K;Gao J;Ailawadhi V;Pottie GJ Protocols for self-organization of a wireles
26、s sensornetwork外文期刊 2000(05)29.Ye F;Luo H;Cheng J;Lu S,Zhang L A two-tier data dissemination model for large-scale wirelesssensor networks 200230.Manjeshwar A;Agrawal DP TEEN:A protocol for enhanced efficiency in wireless sensor networks 200131.Niculescu D;Nath B Trajectory based forwarding and its
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