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

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 WSN的特点及对路由设计的影响 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 路由协议的分类 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 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 基于聚簇的路由协议 GPSR协议优点： 1.避免了在节点中建立、维护、存储路由表，只依赖直接邻节点进行路由选择， 几乎是一个无状态的协议； 2.使用接近于最短欧氏距离的路由，数据传输时延小;并能保证只要网络连通性不 被破坏，一定能够发现可达路由。 GPSR协议的不足： 1.当网络中sink点和源节点分别集中在两个区域时，由于通信量不平衡易导致部分 节点失效，从而破坏网络连通性； 2.需要GPS定位系统或其他定位方法协助计算节点位置信息。 * * 第 4 章 无线传感器网络的路由协议 * 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WSN b.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WSN c.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 5.能量受限