曲馨

摘 要 無線傳感網(wǎng)絡路由協(xié)議即WSN路由協(xié)議，該協(xié)議是面向應用的，能夠適應不同網(wǎng)絡環(huán)境的需要。本文對無線傳感器網(wǎng)絡路由協(xié)議的分類、特點、應用范圍以及數(shù)據(jù)融合技術(shù)的應用進行介紹，旨在使人們對無線傳感器網(wǎng)絡路由協(xié)議及數(shù)據(jù)融合技術(shù)有進一步的了解。

【關(guān)鍵詞】無線傳感器網(wǎng)絡 路由協(xié)議 數(shù)據(jù)融合技術(shù)

無線傳感器網(wǎng)絡路由協(xié)議的研究時間尚短，最早是借鑒Ad Hoc網(wǎng)絡路由協(xié)議發(fā)展起來的，由于傳統(tǒng)的無線網(wǎng)絡路由協(xié)議無法在所有的場合下運用，因此需要根據(jù)應用場合的需要設(shè)計不同的路由協(xié)議。數(shù)據(jù)融合技術(shù)屬于前沿性新技術(shù)，目前已研究出大量的能夠指出數(shù)據(jù)融合的路由協(xié)議，這不僅減少了能量消耗，同時也降低了通信成本。

1 無線傳感網(wǎng)絡路由協(xié)議

1.1 無線傳感網(wǎng)絡路由器分類

目前這類路由器主要包括了五大類型：按照拓撲類型來分類主要分為平面路由協(xié)議、分簇路由協(xié)議；按照路徑數(shù)量可分為單路徑、多路徑路由協(xié)議；按照通信的模式可分為時鐘驅(qū)動型路由協(xié)議、時間驅(qū)動型路由協(xié)議與查詢驅(qū)動型路由協(xié)議；按照節(jié)點數(shù)量可分為單播路、多播路路由協(xié)議；按照數(shù)據(jù)融合與否可分為融合、非融合路由協(xié)議。

1.2 各類型無線傳感網(wǎng)絡路由協(xié)議的特點及應用范圍

平面路由協(xié)議的結(jié)構(gòu)簡單，節(jié)點一般是對等的，具有相同的功能，較適用于較小規(guī)模的網(wǎng)絡，容易維護但是無法進行網(wǎng)絡資源的優(yōu)化管理；分簇路由協(xié)議的節(jié)點功能則不相同，各節(jié)點的職責不同，該協(xié)議具有較好的擴展性，常應用于大規(guī)模的網(wǎng)絡中。

單路徑路由協(xié)議能夠?qū)?shù)據(jù)沿著一條路徑進行傳遞，但是該協(xié)議的數(shù)據(jù)傳遞通道較少，盡管能量消耗低，但也會導致數(shù)據(jù)傳輸中的丟包現(xiàn)象，同時錯誤率較高；而多路徑路由協(xié)議則是將單獨的數(shù)據(jù)進行分組，并將分組后的數(shù)據(jù)沿著多個路徑傳遞，因此若某一條路徑數(shù)據(jù)報廢，數(shù)據(jù)也能夠沿著其他路徑進行傳遞，該路由協(xié)議具有較高的可靠性，但是能夠消耗和重復率較高，因此應用受到一定局限。

時鐘驅(qū)動型傳感器節(jié)點能夠周期性的將采集的數(shù)據(jù)主動地匯集到Sink節(jié)點，如環(huán)境監(jiān)測無線傳感器網(wǎng)絡路由協(xié)議等；時事并將數(shù)據(jù)傳送到匯集節(jié)點，如預警類的無線傳感器路由協(xié)議等；而查詢驅(qū)動型路由協(xié)議則在收到用戶感興趣查詢時，傳感器節(jié)點將數(shù)據(jù)進行傳送。

單播路由協(xié)議采用一對一的數(shù)據(jù)傳播方式，即一個方向?qū)粋€目的節(jié)點；多播路由器則擁有多個目的節(jié)點，并將這些節(jié)點采集的數(shù)據(jù)按照樹的形式進行傳播，其中樹的分叉處屬于數(shù)據(jù)包復制與轉(zhuǎn)發(fā)之處。

數(shù)據(jù)融合路由協(xié)議，能夠?qū)鬏斨械臄?shù)據(jù)按照指定的規(guī)則將多個數(shù)據(jù)包的信息進行融合、壓縮，進而降低數(shù)據(jù)的冗余，減少通信量與能耗，但是數(shù)據(jù)傳輸時延將增加；非融合路由協(xié)議在數(shù)據(jù)的傳輸中不會對數(shù)據(jù)進行處理，這就導致數(shù)據(jù)傳輸量較大，能量的消耗大，會發(fā)生數(shù)據(jù)傳輸擁堵。

上述的無線傳感網(wǎng)絡路由協(xié)議中以平面路由協(xié)議與分簇路由協(xié)議為比較典型的兩類。其中，平面路由協(xié)議包括了如Flooding泛洪路由協(xié)議、Gossiping閑聊路由協(xié)議、SPIN路由協(xié)議、MTE路由協(xié)議、DD定向擴展路由協(xié)議等；分簇路由協(xié)議則包括了如LEACH、TEEN、HEED、TTDD路由協(xié)議等。此外，還有如SAR、GEAR、SPEED等其他協(xié)議。

2 無線傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)融合技術(shù)

無線傳感器網(wǎng)絡采用的是高密度的部署，因此節(jié)點采集數(shù)據(jù)有較大的冗余，因此如果每個節(jié)點均單獨進行數(shù)據(jù)的傳輸，就會造成大量的冗余，消耗較多的能量，增加MAC層的調(diào)動負擔，所以節(jié)點具有數(shù)據(jù)融合功能能減少上述情況的發(fā)生。

2.1 數(shù)據(jù)融合分類

數(shù)據(jù)融合主要分為三大類，即像素級、特征層以及決策層融合。像素級融合是一種低層次的融合，能夠?qū)⒉杉瘮?shù)據(jù)在原始數(shù)據(jù)層直接融合，并對傳感器未經(jīng)處理原始數(shù)據(jù)進行綜合、分析；特征層融合屬中間層次融合，能夠?qū)υ紨?shù)據(jù)進行提取，并綜合、處理；而決策層融合是一種高級層次融合，需要經(jīng)本地完成預處理、特征抽取、識別等處理，有了初步結(jié)論后進行的關(guān)聯(lián)處理，并最終得到聯(lián)合推斷結(jié)果。通過數(shù)據(jù)的融合能夠減少節(jié)點消耗的能量、有效去除冗余，減少數(shù)據(jù)的傳輸量，降低MAC層負擔。

2.2 數(shù)據(jù)融合技術(shù)

目前，較為常用的數(shù)據(jù)融合技術(shù)包括了貝葉斯法、卡爾曼濾波法、貝葉斯推理、BP神經(jīng)網(wǎng)絡以及D.S證據(jù)推理等等。其中以貝葉斯法、卡爾曼濾波法和神經(jīng)網(wǎng)絡理論比較成熟，并廣泛的應用于無線傳感網(wǎng)絡，而D.S證據(jù)推理研究者還有著不同的看法。數(shù)據(jù)融合是一個多層面和多級的數(shù)據(jù)處理過程，其最終目標是從4個不同層級來實現(xiàn)的：Leve0，是對數(shù)據(jù)進行格式化、標準化、次序化以及壓縮等處理，進而使數(shù)據(jù)能夠滿足處理器的要求；Leve1，是將單個的傳感器位置、身份類別信息進行融合，以此獲得更加準確的位置與身份類別；Leve2、Leve3分別輔助實現(xiàn)態(tài)勢、威脅估計；Leve4則是對上述的估計進行修正、評價和補充。數(shù)據(jù)融合與分簇協(xié)議的關(guān)系在于，數(shù)據(jù)融合點需要利用路由協(xié)議的回傳數(shù)據(jù)，并將路由結(jié)構(gòu)中的某些節(jié)點作為融合點。

3 結(jié)束語

與傳統(tǒng)的傳感器方式相比，無線傳感器網(wǎng)絡具有精度高、靈活性強、可靠性高，具有較高的經(jīng)濟性的優(yōu)勢，結(jié)合有效的數(shù)據(jù)融合技術(shù)，能夠大大的減少數(shù)據(jù)傳輸?shù)娜哂嗪湍芰康南?，同時還能減輕MAC層的調(diào)度負擔，使數(shù)據(jù)的傳輸速度獲得提高。

參考文獻

1]郭新.無線傳感器網(wǎng)絡路由協(xié)議及數(shù)據(jù)融合技術(shù)研究[D].華南理工大學，2013.

[2]賈西貝.數(shù)據(jù)融合為中心的無線傳感器網(wǎng)絡路由協(xié)議研究[D].山東大學，2012.

[3]侯冰俏.無線傳感器網(wǎng)絡中數(shù)據(jù)融合算法研究[D].山東師范大學，2014.

作者單位

91550部隊 遼寧省大連市 116023