无线传感器网络课件第4章_无线传感器网络的路由协议教程.ppt

第 4 章;路由协议;WSN的特点及对路由设计的影响;从对路由协议设计影响的角度，归纳WSN的特点;2.多对一和一对多为主的业务模式 WSN的主要业务是传感器节点把采集到的信息传给sink和sink向WSN下达查询 命令，这是典型的多对一和一对多的模式。 为了支持这种通信模式，WSN中很多路由协议建立具有树状结构的路由;3.数据为中心的设计理念 把WSN看成是一个大型的数据库，用户关心的是从这里得到什么信息，而不关心 数据库中的哪个元素（node）提供了该信息;4.动态变化的网络拓扑 大部分的WSN中节点并不移动，造成网络拓扑变化的主要原因是节点的失效和存在不可靠性、非对称链路。为了节能和延长网络寿命，需要对网络进行休眠调度，会在一定程度上增加网络拓扑的动态性。在有些WSN中为了弥补节点失效造成的性能损失，进行再布设（re-deployment），也???使网络拓扑发生变化。 有些WSN中的节点是可移动的，如医疗监测WSN，候鸟迁徙WSN，网络拓扑变化比较快 ;5.能量受限、结构简单的节点 Node大都由电池供电，电池体积小， 能量有限且难以更换许多场合需要 WSN连续工作数年甚至更长。 Node结构简单，存储、处理、通信 能力低，单个节点可靠性差。要求协 议尽可能简单，具有容错性;1.能量有效性 提高能量有效性是WSN从硬件设计到软件开发都必须考虑的问题。 从路由协议设计的角度有两种思路提高能量有效性： a.节能：寻找节能路由，减少路由建立和维护的控制开销，提高路由可靠性 b.能耗均衡：从空间上调度能量资源，使网络中节点能量均衡消耗;3.数据传输可靠性 数据传输的可靠性直接关系到WSN是否能给用户提供准确、全面和可靠的信息，而 WSN中节点无线通信能力弱，应用环境复杂，实际的链路质量比较低。如何保证数 据传输的可靠性是WSN路由设计中的一个关键问题 影响WSN数据传输可靠性原因： a.无线信道上的碰撞导致分组无法正确接收 b.节点故障使路由不可用，导致分组丢失 c.链路不可靠，导致分组传输出错或丢失;几十种WSN路由协议，未统一分类标准 一种分类方法（5类）： ;以数据为中心;洪泛路由（Flooding）的优点： ①实现简单 ②不需要为保持网络拓扑信息和实现复杂的路由发现算法而消耗计算资源 ③适用于健壮性要求高的场合。 ;SPIN协议（sensor protocol for information via negotiation） SPIN是最早的以数据为中心的自适应路由协议，通过协商机制来解决洪泛算法中 的“内爆”和“重叠”问题，节省了能量的消耗。 a.为了避免出现扩散法的信息爆炸问题和部分重叠现象，传感器节点在传送数据之 前彼此进行协商，协商制度可确保传输有用数据 b.节点间通过发送元数据(即描述传感器节点采集的数据属性的数据，meta-data)， 而不是采集的整个数据进行协商。由于元数据大小小于采集的数据，所以，传输元 数据消耗的能量相对较少。为避免盲目使用资源，所有传感器节点必须监控各自的 能量变化情况。;c.在传输或接收数据之前，每个节点都必须检查各自可用的能量状况，如果处于低 能量水平，必须中断一些操作，比如充当路由器的角色，停止对其他节点的一些数 据转发操作;SPIN-PP采用点到点的通信模式，并假定两节点间的通信不受其他节点的干扰， 分组不会丢失，功率没有任何限制 ;SPIN协议的优点： 1.小ADV消息减轻了内爆问题; 2.通过数据命名解决了交叠问题； 3.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，有效地节约了能量。;DD（Directed Diffusion）定向扩散路由协议： Directed Diffusion是一种以数据为中心的路由协议，与已有的路由协议有着截然不 同的实现机制，其突出特点是引入了梯度来描述网络中间节点对该方向继续有哪些信誉好的足球投注网站获 得匹配数据的可能性。 ;DD协议内容： 节点用一组属性，值来命名它所生成的数据。 1.建立路由时，sink节点flooding包含属性列表、上报间隔、持续时间、地理区域等 信息的查询请求Interest （该过程本质上是设置一个监测任务，通过分配不同属性 值来表示不同任务的描述符）。 2.每个传感器节点在收到嗜好（Interest）后保存在各自的Cache中。每个嗜好项 (interest entry)包含一个时间标签域(timestamp field)和若干个梯度域(gradient field， 按成本最小化和能量自适应原则引导数据扩散的方向)。 3.当一个嗜好传遍整个网络后，从源节点(即嗜好所在区域的传感器节点)到sink节点