探究无线传感器网络路由协议及数据融合技术

曲馨

摘 要 无线传感网络路由协议即WSN路由协议，该协议是面向应用的，能够适应不同网络环境的需要。本文对无线传感器网络路由协议的分类、特点、应用范围以及数据融合技术的应用进行介绍，旨在使人们对无线传感器网络路由协议及数据融合技术有进一步的了解。

【关键词】无线传感器网络 路由协议 数据融合技术

无线传感器网络路由协议的研究时间尚短，最早是借鉴Ad Hoc网络路由协议发展起来的，由于传统的无线网络路由协议无法在所有的场合下运用，因此需要根据应用场合的需要设计不同的路由协议。数据融合技术属于前沿性新技术，目前已研究出大量的能够指出数据融合的路由协议，这不仅减少了能量消耗，同时也降低了通信成本。

1 无线传感网络路由协议

1.1 无线传感网络路由器分类

目前这类路由器主要包括了五大类型：按照拓扑类型来分类主要分为平面路由协议、分簇路由协议；按照路径数量可分为单路径、多路径路由协议；按照通信的模式可分为时钟驱动型路由协议、时间驱动型路由协议与查询驱动型路由协议；按照节点数量可分为单播路、多播路路由协议；按照数据融合与否可分为融合、非融合路由协议。

1.2 各类型无线传感网络路由协议的特点及应用范围

平面路由协议的结构简单，节点一般是对等的，具有相同的功能，较适用于较小规模的网络，容易维护但是无法进行网络资源的优化管理；分簇路由协议的节点功能则不相同，各节点的职责不同，该协议具有较好的扩展性，常应用于大规模的网络中。

单路径路由协议能够将数据沿着一条路径进行传递，但是该协议的数据传递通道较少，尽管能量消耗低，但也会导致数据传输中的丢包现象，同时错误率较高；而多路径路由协议则是将单独的数据进行分组，并将分组后的数据沿着多个路径传递，因此若某一条路径数据报废，数据也能够沿着其他路径进行传递，该路由协议具有较高的可靠性，但是能够消耗和重复率较高，因此应用受到一定局限。

时钟驱动型传感器节点能够周期性的将采集的数据主动地汇集到Sink节点，如环境监测无线传感器网络路由协议等；时事并将数据传送到汇集节点，如预警类的无线传感器路由协议等；而查询驱动型路由协议则在收到用户感兴趣查询时，传感器节点将数据进行传送。

单播路由协议采用一对一的数据传播方式，即一个方向对应一个目的节点；多播路由器则拥有多个目的节点，并将这些节点采集的数据按照树的形式进行传播，其中树的分叉处属于数据包复制与转发之处。

数据融合路由协议，能够将传输中的数据按照指定的规则将多个数据包的信息进行融合、压缩，进而降低数据的冗余，减少通信量与能耗，但是数据传输时延将增加；非融合路由协议在数据的传输中不会对数据进行处理，这就导致数据传输量较大，能量的消耗大，会发生数据传输拥堵。

上述的无线传感网络路由协议中以平面路由协议与分簇路由协议为比较典型的两类。其中，平面路由协议包括了如Flooding泛洪路由协议、Gossiping闲聊路由协议、SPIN路由协议、MTE路由协议、DD定向扩展路由协议等；分簇路由协议则包括了如LEACH、TEEN、HEED、TTDD路由协议等。此外，还有如SAR、GEAR、SPEED等其他协议。

2 无线传感器网络数据融合技术

无线传感器网络采用的是高密度的部署，因此节点采集数据有较大的冗余，因此如果每个节点均单独进行数据的传输，就会造成大量的冗余，消耗较多的能量，增加MAC层的调动负担，所以节点具有数据融合功能能减少上述情况的发生。

2.1 数据融合分类

数据融合主要分为三大类，即像素级、特征层以及决策层融合。像素级融合是一种低层次的融合，能够将采集数据在原始数据层直接融合，并对传感器未经处理原始数据进行综合、分析；特征层融合属中间层次融合，能够对原始数据进行提取，并综合、处理；而决策层融合是一种高级层次融合，需要经本地完成预处理、特征抽取、识别等处理，有了初步结论后进行的关联处理，并最终得到联合推断结果。通过数据的融合能够减少节点消耗的能量、有效去除冗余，减少数据的传输量，降低MAC层负担。

2.2 数据融合技术

目前，较为常用的数据融合技术包括了贝叶斯法、卡尔曼滤波法、贝叶斯推理、BP神经网络以及D.S证据推理等等。其中以贝叶斯法、卡尔曼滤波法和神经网络理论比较成熟，并广泛的应用于无线传感网络，而D.S证据推理研究者还有着不同的看法。数据融合是一个多层面和多级的数据处理过程，其最终目标是从4个不同层级来实现的：Leve0，是对数据进行格式化、标准化、次序化以及压缩等处理，进而使数据能够满足处理器的要求；Leve1，是将单个的传感器位置、身份类别信息进行融合，以此获得更加准确的位置与身份类别；Leve2、Leve3分别辅助实现态势、威胁估计；Leve4则是对上述的估计进行修正、评价和补充。数据融合与分簇协议的关系在于，数据融合点需要利用路由协议的回传数据，并将路由结构中的某些节点作为融合点。

3 结束语

与传统的传感器方式相比，无线传感器网络具有精度高、灵活性强、可靠性高，具有较高的经济性的优势，结合有效的数据融合技术，能够大大的减少数据传输的冗余和能量的消耗，同时还能减轻MAC层的调度负担，使数据的传输速度获得提高。

参考文献

1]郭新.无线传感器网络路由协议及数据融合技术研究[D].华南理工大学，2013.

[2]贾西贝.数据融合为中心的无线传感器网络路由协议研究[D].山东大学，2012.

[3]侯冰俏.无线传感器网络中数据融合算法研究[D].山东师范大学，2014.

作者单位

91550部队 辽宁省大连市 116023