无线传感器网络课件 第4章_无线传感器网络的路由协议.ppt

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1、第4章无线传感器网络的路由协议1路由协议路由协议是WSN的关键技术之一，它负责将数据分组从源节点通过网络转发到目的节点主要包括两个方面的功能：寻找源节点和目的节点的优化路径将数据分组沿着优化路径正确转发与有线网络和蜂窝式无线网络不同，WSN中没有基础设施和全网统一的控制中心在这种无中心的环境下，路由可以看成分布式地获取网络拓扑信息，以一定准则计算路径并对路径进行维护的过程。WSN的特点及对路由设计的影响WSN的网络特点是路由设计的主要依据，对网络特点的分析是进行协议设计的前提无线传感网络中，网络业务的最大特点是具有明显的方向性。为了实现信息采集

2、的目的，WSN的网络业务大都发生在数据汇聚节点（sink）和普通的传感器节点之间，包括sink节点到传感器节点的下行业务（如查询指令下达）和传感器节点到sink的上行业务（如采集信息的回传）传感器节点之间的横向业务所占比例较小，主要是网络的控制信息和网内信息处理所需要的信息。无线传感器网络的一个基本理念是以大量低成本节点组网，通过节点之间的协作获得比单一的高精度、高可靠性和高成本的传感器更好的信息采集效果。单个传感器低能量和不可靠是无线传感器网络固有的，将对协议设计产生较大影响。从对路由协议设计影响的角度，归纳WSN的特点1.形式多样的信息报告

3、模式WSN中信息报告模式分三类：a.事件触发：节点采集信息后判断，若超过一定的阈值，则认为发生了某种事件，需要立即上报，如用于预警的WSNb.周期的：节点定期把采集到的信息报告给sink。如野生动植物和环境监测WSNc.基于查询：node不主动向sink上报采集到的信息，而是等待用户查询，根据用户需要反馈信息。d.混合模式：前三种的综合。如智能交通的WSN不同的信息报告模式影响路由的触发机制a.事件触发模式：从节能的角度，按需建立路由更恰当b.周期报告模式：采用先应式的方法建立路由更加合适c.基于查询模式：查询信息的本身就可以辅助建立路由2.多

4、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）提供了该信息该理念对网络层的一个重要影响是节点的地址分配一般情况下没必要为每个node分配全局唯一地址，node描述信息产生时间，地点和内容即可，统一编址，对大规模WSN开销过大特定情况，节点ID和位置具有一定绑定关

5、系，可用ID代替位置。如工业检测WSN从实现多跳通信的角度，需要在局部标识不同的节点。该理念还影响分组转发的过程WSN中，原始数据可能存在一定的冗余，在满足信息采集的要求前提下，可以在数据转发过程中对其进行修改，甚至把多个分组合并成一个分组，从而降低能耗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），也会使

6、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6.密集布设的大规模网络WSN通常密集布设大量节点，节点数量达到成千甚至上万。同时节点的密度也很高，有的情况下可以达到20个/m³这些使得协议的可扩展性变得十分重要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。

7、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路由协议的关键问题分析2.可扩展性可扩展性是指网络的性能不随着网络中节点的数量增加而有明显的下降两类重要策略：a.分层路由：网络分成若干层，低一层的群首构成高一层的网络。节点地位不同，首为局部控制中心，负责群内路由、信道接入、休眠调度等；大多数节点作为群成员其操作相对简单，控制开销较低b.地理路由：地理位置信息实际上体现节点间相对拓扑关系，利用这一信息路由能很大程度上降低用

8、于收集拓扑信息付出的开销，提高协议的可扩展性地理路由使用的前提是节点能获得自己和目的节点的地理位置信息对于节点有移动性，任意两个节点之间都可能进行通信