探究無線傳感器網絡路由協議及數據融合技術

曲馨

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

【關鍵詞】無線傳感器網絡 路由協議 數據融合技術

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

1 無線傳感網絡路由協議

1.1 無線傳感網絡路由器分類

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議、分簇路由協議；按照路徑數量可分為單路徑、多路徑路由協議；按照通信的模式可分為時鐘驅動型路由協議、時間驅動型路由協議與查詢驅動型路由協議；按照節點數量可分為單播路、多播路路由協議；按照數據融合與否可分為融合、非融合路由協議。

1.2 各類型無線傳感網絡路由協議的特點及應用范圍

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

單路徑路由協議能夠將數據沿著一條路徑進行傳遞，但是該協議的數據傳遞通道較少，盡管能量消耗低，但也會導致數據傳輸中的丟包現象，同時錯誤率較高；而多路徑路由協議則是將單獨的數據進行分組，并將分組后的數據沿著多個路徑傳遞，因此若某一條路徑數據報廢，數據也能夠沿著其他路徑進行傳遞，該路由協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。

時鐘驅動型傳感器節點能夠周期性的將采集的數據主動地匯集到Sink節點，如環境監測無線傳感器網絡路由協議等；時事并將數據傳送到匯集節點，如預警類的無線傳感器路由協議等；而查詢驅動型路由協議則在收到用戶感興趣查詢時，傳感器節點將數據進行傳送。

單播路由協議采用一對一的數據傳播方式，即一個方向對應一個目的節點；多播路由器則擁有多個目的節點，并將這些節點采集的數據按照樹的形式進行傳播，其中樹的分叉處屬于數據包復制與轉發之處。

數據融合路由協議，能夠將傳輸中的數據按照指定的規則將多個數據包的信息進行融合、壓縮，進而降低數據的冗余，減少通信量與能耗，但是數據傳輸時延將增加；非融合路由協議在數據的傳輸中不會對數據進行處理，這就導致數據傳輸量較大，能量的消耗大，會發生數據傳輸擁堵。

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

2 無線傳感器網絡數據融合技術

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

2.1 數據融合分類

數據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，能夠將采集數據在原始數據層直接融合，并對傳感器未經處理原始數據進行綜合、分析；特征層融合屬中間層次融合，能夠對原始數據進行提取，并綜合、處理；而決策層融合是一種高級層次融合，需要經本地完成預處理、特征抽取、識別等處理，有了初步結論后進行的關聯處理，并最終得到聯合推斷結果。通過數據的融合能夠減少節點消耗的能量、有效去除冗余，減少數據的傳輸量，降低MAC層負擔。

2.2 數據融合技術

目前，較為常用的數據融合技術包括了貝葉斯法、卡爾曼濾波法、貝葉斯推理、BP神經網絡以及D.S證據推理等等。其中以貝葉斯法、卡爾曼濾波法和神經網絡理論比較成熟，并廣泛的應用于無線傳感網絡，而D.S證據推理研究者還有著不同的看法。數據融合是一個多層面和多級的數據處理過程，其最終目標是從4個不同層級來實現的：Leve0，是對數據進行格式化、標準化、次序化以及壓縮等處理，進而使數據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分別輔助實現態勢、威脅估計；Leve4則是對上述的估計進行修正、評價和補充。數據融合與分簇協議的關系在于，數據融合點需要利用路由協議的回傳數據，并將路由結構中的某些節點作為融合點。

3 結束語

與傳統的傳感器方式相比，無線傳感器網絡具有精度高、靈活性強、可靠性高，具有較高的經濟性的優勢，結合有效的數據融合技術，能夠大大的減少數據傳輸的冗余和能量的消耗，同時還能減輕MAC層的調度負擔，使數據的傳輸速度獲得提高。

參考文獻

1]郭新.無線傳感器網絡路由協議及數據融合技術研究[D].華南理工大學，2013.

[2]賈西貝.數據融合為中心的無線傳感器網絡路由協議研究[D].山東大學，2012.

[3]侯冰俏.無線傳感器網絡中數據融合算法研究[D].山東師范大學，2014.

作者單位

91550部隊 遼寧省大連市 116023