物联网框架下无线网络路由协议的分类与分析

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论文摘要

  一、物联网环境下无线网络路由协议的重要性

  大庆油田地域分散,油田生产岗位“井一间一站”数量庞大且分布广泛,地面及地下环境复杂多变,例如油田地下油、气、水管网十分密集,地上地面工程部分涉及矿区亮化、道路改造、产能建设等环境影响,传统的光纤有线网需要架杆或者管道方式组网,考虑到物联网系统建成后实际的运维及管理要求,适宜采用无线网络传输油田生产的各项数据。

  无线网络中,网络节点数量大分布广,拓扑结构改变速度快,网络质量对所属环境要求高。而设计完备的无线网络路由协议能极大地提高网络应用及数据传输的可靠性和稳定性。

  二、无线网络路由协议的分类与分析

  目前已存在的多种无线网络路由协议可从不同的角度对它们进行分类:从是否使用GPS系统的角度可分为地理定位辅助路由与无地理定位辅助路由;从路由发现策略的角度可分为先应式路由与反应式路由;从网络逻辑视图的角度可分为平面路由与分级路由。如图所示:。

  2.1 分级路由协议

  分级路由协议要求有一定的自组织配置把网络节点进行分簇。每个分簇有一个或多个簇头。通过使用分级技术,在簇内和簇间使用不同的路由协议,指定不同的功能,分别发挥各种路由的优点,从而实现大规模的WMN路由。较为典型的分级路由协议是ZRP协议。它是一个先应式和反应式路由协议的组合,在ZRP协议中,集群被称为域(ZONE),是一个以节点为中心,以一定的跳数为半径的虚拟区。ZRP的区重叠程度很高,许多节点可能同时属于多个区。ZRP协议由3个部分组成:域内路由协议(IARP)、域间路由协议(IERP)和边界传播分解协议(BRP)。

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  2.2 地理定位辅助路由协议

  地理定位辅助路由协议假设节点知道自己的地理位置,以及目的节点或者目的区域的地理位置,利用这些地理位置信息作为路由选择的依据,节点按照一定策略转发数据到目的节点。较为典型的地理定位辅助路由协议是GEAR协议。

  GEAR路由机制根据事件区域的地理位置信息,建立汇聚节点到事件区域的优化路径,避免了泛洪传播方式,从而减少了路由建立的开销。它假设已知事件区域的位置信息,每个节点知道自己的位置信息和剩余能量信息,适用于节点移动性不强的应用环境。

  三、结论

  在实际的物联网环境下,无线网络存在着动态拓扑、资源有限和单向信道等特点,路由协议各有所长,分别适用于不同的网络需求。总体分析之后,完备的无线网络路由策略应符合四个要求:。

  一是减少通信量以节约能量。由于无线网络中数据通信最为耗能,因此应在协议中尽量减少数据通信量。

  二是保持通信量负载平衡。通过更加灵活地使用路由策略让各个节点分担数据传输,平衡节点的剩余能量,提高整个网络的生存时间。

  三是路由协议应具有容错性。由于无线网络节点容易发生故障,因此应尽量利用节点易获得的网络信息计算路由,以确保在路由出现故障时能够尽快得到恢复;并可采用多路径传输来提高数据传输的可靠性。

  四是路由协议应具有安全机制。由于无线网络的固有特性,其路由协议极易受到安全威胁,因此在油田物联网系统的应用中须考虑设计具有安全机制的路由协议。

  参考文献
  [1]许毅.无线传感器网络原理及方法[J]清华大学出版社,第1版,P132-188.
  [2]贾灵.物联网/无线传感网原理与实践田北京航空航天大学出版社,第1版,P66-136
  [3]郑和喜.WSNRFID物联网原理与应用田电子工业出版社,第1版,P268-311

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