無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議PPT

1、WSN中的路由協(xié)議張道遠(yuǎn)firstcoming 1.WSN的體系結(jié)構(gòu)2.路由協(xié)議的定義3.WSN的特點及對路由設(shè)計的影響4.路由協(xié)議的關(guān)鍵問題分析5.路由協(xié)議的分類6.典型路由協(xié)議及其比較7.WSN的OS,tinyos和nesc8.舉例：Tinyos中的multi-hop routing LEPS協(xié)議實現(xiàn)9.程序分析:LEPS-FMACPPT構(gòu)成WSN的體系結(jié)構(gòu)Node有四個基本組件構(gòu)成sensing unitprocessing unit Transceiver unitpower unit可能有的取決于應(yīng)用程序需要的組件location finding system：許多路由技術(shù)和傳感任務(wù)

2、需要精確獲悉節(jié)點位置power generator：在特定狀況下需要提供長時間的電源支持Mobilizer：需要移動節(jié)點到另一個地方執(zhí)行指定的任務(wù)The sensor networks protocol stackphysical layer實現(xiàn)簡單、強(qiáng)壯的數(shù)據(jù)調(diào)制，發(fā)送、接收MAC層考慮節(jié)點的通信環(huán)境噪聲和節(jié)點的移動，且需要降低能量消耗，最小化和鄰居節(jié)點的廣播沖突.負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)成幀，幀檢測，媒體訪問控制和差錯控制network layer路由生成和路由選擇transport layer數(shù)據(jù)流傳輸控制，是保證通信服務(wù)質(zhì)量的重要部分application layer根據(jù)傳感任務(wù)的不同，可以建立不同的

3、applicationpower management plane管理傳感器節(jié)點如何使用能源，各個協(xié)議層都要考慮節(jié)省mobility management plane監(jiān)測并注冊傳感器節(jié)點的移動，維護(hù)到匯聚節(jié)點的路由，使node能動態(tài)跟蹤其鄰居節(jié)點的位置task management plane在一個給定的區(qū)域內(nèi)平衡和調(diào)度監(jiān)測任務(wù) 路由協(xié)議是WSN的關(guān)鍵技術(shù)之一，它負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)分組從源節(jié)點通過網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)到目的節(jié)點 主要包括兩個方面的功能： 尋找源節(jié)點和目的節(jié)點的優(yōu)化路徑 將數(shù)據(jù)分組沿著優(yōu)化路徑正確轉(zhuǎn)發(fā)路由協(xié)議與有線網(wǎng)絡(luò)和蜂窩式無線網(wǎng)絡(luò)不同，WSN中沒有基礎(chǔ)設(shè)施和全網(wǎng)統(tǒng)一的控制中心在這種無中心的環(huán)境下

4、，路由可以看成分布式地獲取網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔?，以一定?zhǔn)則計算路徑并對路徑進(jìn)行維護(hù)的過程。 網(wǎng)絡(luò)特點是路由設(shè)計的主要依據(jù)，對網(wǎng)絡(luò)特點的分析是進(jìn)行協(xié)議設(shè)計的前提WSN的特點及對路由設(shè)計的影響 無線傳感網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的最大特點是具有明顯的方向性。 為了實現(xiàn)信息采集的目的，WSN的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)大都發(fā)生在數(shù)據(jù)匯聚節(jié)點（sink）和普通的傳感器節(jié)點之間，包括sink節(jié)點到傳感器節(jié)點的下行業(yè)務(wù)（如查詢指令下達(dá)）和傳感器節(jié)點到sink的上行業(yè)務(wù)（如采集信息的回傳） 傳感器節(jié)點之間的橫向業(yè)務(wù)所占比例較小，主要是網(wǎng)絡(luò)的控制信息和網(wǎng)內(nèi)信息處理所需要的信息。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的一個基本理念是以大量低成本節(jié)點組網(wǎng)，通過節(jié)點之間的

5、協(xié)作獲得比單一的高精度、高可靠性和高成本的傳感器更好的信息采集效果。單個傳感器低能量和不可靠是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)固有的，將對協(xié)議設(shè)計產(chǎn)生較大影響。從對路由協(xié)議設(shè)計影響的角度，歸納WSN的特點1.形式多樣的信息報告模式WSN中信息報告模式分三類：a.事件觸發(fā)：節(jié)點采集信息后判斷，若超過一定的閾值，則認(rèn)為發(fā)生了某種事件， 需要立即上報，如用于預(yù)警的WSNb.周期的：節(jié)點定期把采集到的信息報告給sink。如野生動植物和環(huán)境監(jiān)測WSNc.基于查詢：node不主動向sink上報采集到的信息，而是等待用戶查詢，根據(jù)用戶 需要反饋信息。d.混合模式：前三種的綜合。如智能交通的WSN不同的信息報告模式影響路由的觸

6、發(fā)機(jī)制a.事件觸發(fā)模式：從節(jié)能的角度，按需建立路由更恰當(dāng)b.周期報告模式：采用先應(yīng)式的方法建立路由更加合適c.基于查詢模式：查詢信息的本身就可以輔助建立路由2.多對一和一對多為主的業(yè)務(wù)模式 WSN的主要業(yè)務(wù)是傳感器節(jié)點把采集到的信息傳給sink和sink向WSN下達(dá)查詢命令，這是典型的多對一和一對多的模式。 為了支持這種通信模式，WSN中很多路由協(xié)議建立具有樹狀結(jié)構(gòu)的路由此外還有“地域多播（geocast）”的業(yè)務(wù)模式WSN中，用戶可能對一個地理信息區(qū)域內(nèi)的信息感興趣，因此需要把查詢和命令發(fā)送到該區(qū)域內(nèi)的所有節(jié)點。以洪泛方式可以支持這種業(yè)務(wù)，但是開銷太大。針對這種模式設(shè)計了以下一些路由協(xié)議：L

7、BM：基于位置的多播協(xié)議Voronoi diagram and convex hull based geocasting and routing：基于Voronoi圖和 基于凸包的地域多播協(xié)議GEAR: geographical and energy aware routing3.數(shù)據(jù)為中心的設(shè)計理念把WSN看成是一個大型的數(shù)據(jù)庫，用戶關(guān)心的是從這里得到什么信息，而不關(guān)心數(shù)據(jù)庫中的哪個元素（node）提供了該信息 該理念對網(wǎng)絡(luò)層的一個重要影響是節(jié)點的地址分配 一般情況下沒必要為每個node分配全局唯一地址，node描述信息產(chǎn)生時間，地點和內(nèi)容即可，統(tǒng)一編址，對大規(guī)模WSN開銷過大 特定情況，節(jié)

8、點ID和位置具有一定綁定關(guān)系，可用ID代替位置。如工業(yè)檢測WSN 從實現(xiàn)多跳通信的角度，需要在局部標(biāo)識不同的節(jié)點。 該理念還影響分組轉(zhuǎn)發(fā)的過程 WSN中，原始數(shù)據(jù)可能存在一定的冗余，在滿足信息采集的要求前提下，可以在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)過程中對其進(jìn)行修改，甚至把多個分組合并成一個分組，從而降低能耗4.動態(tài)變化的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?大部分的WSN中節(jié)點并不移動，造成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓闹饕蚴枪?jié)點的失效和存在不可靠性、非對稱鏈路。為了節(jié)能和延長網(wǎng)絡(luò)壽命，需要對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行休眠調(diào)度，會在一定程度上增加網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞膭討B(tài)性。在有些WSN中為了彌補(bǔ)節(jié)點失效造成的性能損失，進(jìn)行再布設(shè)（re-deployment），也會使網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)生變化

9、。 有些WSN中的節(jié)點是可移動的，如醫(yī)療監(jiān)測WSN，候鳥遷徙WSN，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓容^快5.能量受限、結(jié)構(gòu)簡單的節(jié)點Node大都由電池供電，電池體積小，能量有限且難以更換許多場合需要WSN連續(xù)工作數(shù)年甚至更長。Node結(jié)構(gòu)簡單，存儲、處理、通信能力低，單個節(jié)點可靠性差。要求協(xié)議盡可能簡單，具有容錯性6.密集布設(shè)的大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)WSN通常密集布設(shè)大量節(jié)點，節(jié)點數(shù)量達(dá)到成千甚至上萬。同時節(jié)點的密度也很高，有的情況下可以達(dá)到20個/m這些使得協(xié)議的可擴(kuò)展性變得十分重要1.能量有效性提高能量有效性是WSN從硬件設(shè)計到軟件開發(fā)都必須考慮的問題。從路由協(xié)議設(shè)計的角度有兩種思路提高能量有效性：a.節(jié)能：尋找節(jié)能路

10、由，減少路由建立和維護(hù)的控制開銷，提高路由可靠性b.能耗均衡：從空間上調(diào)度能量資源，使網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點能量均衡消耗路由協(xié)議的關(guān)鍵問題分析2.可擴(kuò)展性可擴(kuò)展性是指網(wǎng)絡(luò)的性能不隨著網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的數(shù)量增加而有明顯的下降兩類重要策略：a.分層路由：網(wǎng)絡(luò)分成若干層，低一層的群首構(gòu)成高一層的網(wǎng)絡(luò)。節(jié)點地位不同， 首為局部控制中心，負(fù)責(zé)群內(nèi)路由、信道接入、休眠調(diào)度等；大多數(shù)節(jié)點作為 群成員其操作相對簡單，控制開銷較低b.地理路由：地理位置信息實際上體現(xiàn)節(jié)點間相對拓?fù)潢P(guān)系，利用這一信息路由 能很大程度上降低用于收集拓?fù)湫畔⒏冻龅拈_銷，提高協(xié)議的可擴(kuò)展性 地理路由使用的前提是節(jié)點能獲得自己和目的節(jié)點的地理位置信息 對于

11、節(jié)點有移動性，任意兩個節(jié)點之間都可能進(jìn)行通信的網(wǎng)絡(luò)，為獲得目的節(jié)點 位置信息需不斷更新位置信息，開銷較大，地理路由的優(yōu)勢就不明顯3.數(shù)據(jù)傳輸可靠性數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃灾苯雨P(guān)系到WSN是否能給用戶提供準(zhǔn)確、全面和可靠的信息，而WSN中節(jié)點無線通信能力弱，應(yīng)用環(huán)境復(fù)雜，實際的鏈路質(zhì)量比較低。如何保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃允荳SN路由設(shè)計中的一個關(guān)鍵問題影響WSN數(shù)據(jù)傳輸可靠性原因：a.無線信道上的碰撞導(dǎo)致分組無法正確接收b.節(jié)點故障使路由不可用，導(dǎo)致分組丟失c.鏈路不可靠，導(dǎo)致分組傳輸出錯或丟失路由協(xié)議的解決策略：a.建立多路徑路由：建立信源節(jié)點到目標(biāo)節(jié)點的多條路徑，選擇最優(yōu)路徑作為主路徑，其他路徑為備份使

12、用多條路徑發(fā)送原始分組的多個副本，即使其中一些傳輸丟失也不會影響端到端 的可靠性b.選擇可靠鏈路幾十種WSN路由協(xié)議，未統(tǒng)一分類標(biāo)準(zhǔn)一種分類方法（5類）：路由協(xié)議的分類1.基于聚簇的路由協(xié)議 LEACH, PEGASIS, TEEN等2.基于地理位置的路由協(xié)議 基于地理位置的距離貪心路由協(xié)議，基于地理位置的角度貪心路由協(xié)議，GEM,MAP, LCR等3.以數(shù)據(jù)為中心的路由協(xié)議 DD，Rumor-routing，TTDD，支持查詢的近似路由算法等4.能量感知路由協(xié)議 Energy aware routing，GEAR,等5.容錯路由協(xié)議 建立多條路徑，重復(fù)傳輸數(shù)據(jù)包，基于編碼的機(jī)會路由協(xié)議（MO

13、RE）等泛洪路由(Flooding)擴(kuò)散法(Flooding)是一種傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議，不需要知道網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和使用任何路由算法典型的路由協(xié)議分析協(xié)議內(nèi)容：一節(jié)點S希望發(fā)送一塊數(shù)據(jù)給節(jié)點D，節(jié)點S首先通過網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)副本傳送給它的每一個鄰居節(jié)點，每一個鄰居節(jié)點又將其傳輸給各自的每一個鄰居節(jié)點，除了剛剛給它們發(fā)送數(shù)據(jù)副本的節(jié)點S外。如此繼續(xù)下去，直到將數(shù)據(jù)傳輸?shù)侥繕?biāo)節(jié)點D為止或者為該數(shù)據(jù)所設(shè)定的生命期限（在傳感器網(wǎng)絡(luò)里面通常定義為最大跳數(shù)）變?yōu)榱銥橹够蛘咚泄?jié)點擁有此數(shù)據(jù)副本為止。洪泛路由（Flooding）的優(yōu)點：實現(xiàn)簡單不需要為保持網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔⒑蛯崿F(xiàn)復(fù)雜的路由發(fā)現(xiàn)算法而消耗計算資源適用于健壯性

14、要求高的場合。洪泛路由（Flooding）的不足：存在信息爆炸(Implosion)問題，即出現(xiàn)一個節(jié)點可能得到一個數(shù)據(jù)多個副本的現(xiàn)象出現(xiàn)部分重疊(Overlap)現(xiàn)象，如果處于同一觀測環(huán)境的兩個相鄰?fù)悅鞲衅鞴?jié)點 同時對一個事件作出反應(yīng)，二者采集的數(shù)據(jù)性質(zhì)相同，數(shù)值相近，那么，這兩個節(jié) 點的鄰居節(jié)點將收到雙份數(shù)據(jù)副本盲目使用資源，即擴(kuò)散法不考慮各節(jié)點能量可用狀況因而無法作出相應(yīng)的自適應(yīng) 路由選擇。洪泛路由（Flooding）的應(yīng)用情況：網(wǎng)絡(luò)資源過于浪費(fèi)，實際很少直接采用具有極好的健壯性，可用于軍事應(yīng)用作為衡量標(biāo)準(zhǔn)評價其它路由算法Gossiping路由協(xié)議：Gossiping協(xié)議是對Flood

15、ing協(xié)議的改進(jìn),節(jié)點將產(chǎn)生或收到的數(shù)據(jù)隨機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)給一個或者若干個相鄰節(jié)點,避免了內(nèi)爆,但增加了時延，且無法避免重疊問題。SPIN協(xié)議（sensor protocol for information via negotiation）SPIN是最早的以數(shù)據(jù)為中心的自適應(yīng)路由協(xié)議，通過協(xié)商機(jī)制來解決洪泛算法中的“內(nèi)爆”和“重疊”問題，節(jié)省了能量的消耗。a.為了避免出現(xiàn)擴(kuò)散法的信息爆炸問題和部分重疊現(xiàn)象，傳感器節(jié)點在傳送數(shù)據(jù)之前彼此進(jìn)行協(xié)商，協(xié)商制度可確保傳輸有用數(shù)據(jù)b.節(jié)點間通過發(fā)送元數(shù)據(jù)(即描述傳感器節(jié)點采集的數(shù)據(jù)屬性的數(shù)據(jù)，meta-data)，而不是采集的整個數(shù)據(jù)進(jìn)行協(xié)商。由于元數(shù)據(jù)大小小于采

16、集的數(shù)據(jù)，所以，傳輸元數(shù)據(jù)消耗的能量相對較少。為避免盲目使用資源，所有傳感器節(jié)點必須監(jiān)控各自的能量變化情況。c.在傳輸或接收數(shù)據(jù)之前，每個節(jié)點都必須檢查各自可用的能量狀況，如果處于低能量水平，必須中斷一些操作，比如充當(dāng)路由器的角色，停止對其他節(jié)點的一些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)操作SPIN協(xié)議簇有4種不同的形式：SPIN-PP（A 3-Stage Handshake Protocol for Point-to-Point Media）： 適合點對點信道SPIN-EC（SPIN-PP with a Low-Energy Threshold）： 在SPIN-PP基礎(chǔ)上增加了能量限制SPIN-BC（A 3-Stage

17、 Handshake Protocol for Broadcast Media）： 適合于廣播信道SPIN-RL（SPIN-BC for Lossy Network）：考慮信道上存在分組丟失d. SPIN有3種數(shù)據(jù)包類型，即ADV、REQ和DATA.節(jié)點用ADV宣布有數(shù)據(jù)發(fā)送，用REQ請求希望接收數(shù)據(jù)，用DATA封裝數(shù)據(jù)ADV：用于新數(shù)據(jù)廣播。當(dāng)一個節(jié)點有數(shù)據(jù)可共享時，它可用ADV數(shù)據(jù)包(包含元 數(shù)據(jù))對外廣播REQ：用于請求發(fā)送數(shù)據(jù)。當(dāng)一個節(jié)點希望接收DATA數(shù)據(jù)包時，發(fā)送REQ數(shù)據(jù)包DATA：包含附上元數(shù)據(jù)頭(meta-data header)的傳感器采集的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)包SPIN-PP采用點

18、到點的通信模式，并假定兩節(jié)點間的通信不受其他節(jié)點的干擾，分組不會丟失，功率沒有任何限制1.在發(fā)送一個DATA數(shù)據(jù)包之前，一個傳感器節(jié)點首先對向鄰居節(jié)點廣播ADV數(shù)據(jù)包；2.如果一個鄰居節(jié)點在收到ADV后有意愿接收該DATA數(shù)據(jù)包，那么它向該節(jié)點發(fā)送 一個REQ數(shù)據(jù)包，接著節(jié)點向該鄰居節(jié)點發(fā)送DATA數(shù)據(jù)包。3.類似地進(jìn)行下去，DATA數(shù)據(jù)包可被傳輸?shù)竭h(yuǎn)方匯節(jié)點或基站。SPIN-EC在SPIN-PP的基礎(chǔ)上考慮了節(jié)點的功耗，只有能夠順利完成所有任務(wù)且能量不低于設(shè)定閾值的節(jié)點才可參與數(shù)據(jù)交換SPIN-BC設(shè)計了廣播信道，使所有在有效半徑內(nèi)的節(jié)點可以同時完成數(shù)據(jù)交換。為了防止產(chǎn)生重復(fù)的REQ請求，節(jié)

19、點在聽到ADV消息以后，設(shè)定一個隨機(jī)定時器來控制REQ請求的發(fā)送，其他節(jié)點聽到該請求，主動放棄請求權(quán)利SPIN-RL它是對SPIN-BC的完善，主要考慮如何恢復(fù)無線鏈路引入的分組差錯與丟失。記錄ADV消息的相關(guān)狀態(tài)，如果在確定時間間隔內(nèi)接收不到請求數(shù)據(jù)，則發(fā)送重傳請求，重傳請求的次數(shù)有一定的限制SPIN協(xié)議的優(yōu)點：1.小ADV消息減輕了內(nèi)爆問題;2.通過數(shù)據(jù)命名解決了交疊問題；3.節(jié)點根據(jù)自身資源和應(yīng)用信息決定是否進(jìn)行ADV通告，避免了資源利用盲目問 題，有效地節(jié)約了能量。SPIN協(xié)議的不足：在傳輸新數(shù)據(jù)的過程中，直接向鄰居節(jié)點廣播ADV數(shù)據(jù)包，而沒有考慮其所有鄰居節(jié)點由于自身能量的原因，不愿

20、承擔(dān)起轉(zhuǎn)發(fā)新數(shù)據(jù)的功能，則新數(shù)據(jù)無法傳輸，將會出現(xiàn)“數(shù)據(jù)盲點”，進(jìn)而影響整個網(wǎng)絡(luò)信息的收集MTE(Minimum Transmission Energy)路由協(xié)議：在MTE協(xié)議中，節(jié)點選擇離自己平面距離最近的節(jié)點進(jìn)行路由中轉(zhuǎn)當(dāng)且僅當(dāng)如下公式滿足時，節(jié)點A將會選擇B轉(zhuǎn)發(fā)自己的數(shù)據(jù)到節(jié)點C右圖為MTE協(xié)議示意圖MTE路由協(xié)議的優(yōu)點：簡單、開銷小，每個節(jié)點只需要找到通往Sink節(jié)點的下一跳節(jié)點，然后把數(shù)據(jù)發(fā)給它MTE路由協(xié)議的不足：靠近Sink節(jié)點的傳感器節(jié)點會一直承擔(dān)路由器的角色，節(jié)點之間負(fù)載不平衡，靠近Sink節(jié)點的傳感器節(jié)點可能很快就耗盡自己的能源而死亡，縮短整個網(wǎng)絡(luò)的生命周期DD（Direc

21、ted Diffusion）定向擴(kuò)散路由協(xié)議：Directed Diffusion是一種以數(shù)據(jù)為中心的路由協(xié)議，與已有的路由協(xié)議有著截然不同的實現(xiàn)機(jī)制，其突出特點是引入了梯度來描述網(wǎng)絡(luò)中間節(jié)點對該方向繼續(xù)搜索獲得匹配數(shù)據(jù)的可能性。DD協(xié)議內(nèi)容：節(jié)點用一組來命名它所生成的數(shù)據(jù)。1.建立路由時，sink節(jié)點flooding包含屬性列表、上報間隔、持續(xù)時間、地理區(qū)域等 信息的查詢請求Interest （該過程本質(zhì)上是設(shè)置一個監(jiān)測任務(wù)，通過分配不同屬性 值來表示不同任務(wù)的描述符）。2.每個傳感器節(jié)點在收到嗜好（Interest）后保存在各自的Cache中。每個嗜好項 (interest entry)包

22、含一個時間標(biāo)簽域(timestamp field)和若干個梯度域(gradient field， 按成本最小化和能量自適應(yīng)原則引導(dǎo)數(shù)據(jù)擴(kuò)散的方向)。3.當(dāng)一個嗜好傳遍整個網(wǎng)絡(luò)后，從源節(jié)點(即嗜好所在區(qū)域的傳感器節(jié)點)到sink節(jié)點 或基站之間的梯度就建立起來了。4.一旦源節(jié)點采集到嗜好所需的數(shù)據(jù)，那么源節(jié)點沿著該嗜好的梯度路徑傳輸數(shù)據(jù)到 sink節(jié)點或基站。其中，源節(jié)點采集的數(shù)據(jù)首先在本地采用數(shù)據(jù)融合技術(shù)進(jìn)行整合， 然后在網(wǎng)上傳輸。右圖描述DD路由協(xié)議的工作原理在Directed Diffusion中，可以對路徑進(jìn)行修復(fù)。在建立多條數(shù)據(jù)源到Sink節(jié)點的路徑之后，Sink節(jié)點可以選擇增強(qiáng)其中的

23、一條路徑用于數(shù)據(jù)的傳輸，而同時保持另外一條低速數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆窂?。?dāng)高速路徑，也就是經(jīng)過增強(qiáng)的路徑出現(xiàn)故障時，Sink節(jié)點可以增強(qiáng)低速路徑，保證源節(jié)點到Sink節(jié)點的數(shù)據(jù)傳輸。雖然保持低速路徑的過程需要消耗一些能量，但是在故障時，可以節(jié)省很多能量開銷。對于故障比較頻繁的網(wǎng)絡(luò)，保持一條低速路徑是很有好處的。DD與SPIN的最大區(qū)別：DD采用基于需求的數(shù)據(jù)查詢機(jī)制。在DD中，由Sink節(jié)點發(fā)出數(shù)據(jù)查詢請求，而在SPIN中，節(jié)點廣播自己的數(shù)據(jù)，以允許其他節(jié)點來查詢。DD路由協(xié)議的優(yōu)點：1.采用多路徑,健壯性好;2.節(jié)點只需要和鄰居節(jié)點通信，因而不需要全局的地址機(jī)制，使用查詢驅(qū)動機(jī)制按 需建立路由,避免了

24、保存全網(wǎng)信息；3.每個節(jié)點都可以進(jìn)行數(shù)據(jù)融合操作，能減少數(shù)據(jù)通信量，節(jié)省能量消耗；4.sink點根據(jù)實際情況采取增強(qiáng)或減弱方式能有效利用能量；5.節(jié)點不需要維護(hù)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)的發(fā)送是基于需求的，因此它是一個非常 節(jié)能的路由協(xié)議。DD路由協(xié)議的優(yōu)點：1.基于查詢驅(qū)動模型的，不適用于環(huán)境監(jiān)測的WSN；2.Gradient的建立開銷很大,不適合多sink點網(wǎng)絡(luò)；3.數(shù)據(jù)聚合過程采用時間同步技術(shù),會帶來較大開銷和時延；4.不同的應(yīng)用中需要定義不同的命名方案，也就是對，從而限制了它 的應(yīng)用。Rumor 路由協(xié)議（謠傳路由）：Rumor Routing是在Directed Diffusion的基礎(chǔ)上

25、演化而來的。通常情況下，Directed Diffusion協(xié)議需要向整個網(wǎng)絡(luò)廣播興趣，而在某些應(yīng)用中，只有少量的數(shù)據(jù)需要從源節(jié)點傳遞到Sink節(jié)點。在這種情況下，沒有必要向整個網(wǎng)絡(luò)廣播興趣。當(dāng)WSN中的事件（對應(yīng)著數(shù)據(jù)的傳遞）數(shù)量很少，而查詢（對應(yīng)著興趣的廣播）數(shù)量很多的時候，可以采用廣播事件的方法，以節(jié)省能量的消耗。Rumor Routing是一個介于事件廣播（向整個網(wǎng)絡(luò)廣播事件）和興趣廣播（向整個網(wǎng)絡(luò)廣播興趣）之間的一種路由協(xié)議Rumor Routing核心思想：1.借鑒了歐氏平面圖上任意兩條曲線交叉幾率很大的思想2.當(dāng)節(jié)點監(jiān)測到事件后將其保存，并創(chuàng)建稱為Agent的生命周期較長的包括事

26、件和 源節(jié)點信息的數(shù)據(jù)包，將其按一條或多條隨機(jī)路徑在網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)發(fā)3.收到Agent的節(jié)點根據(jù)事件和源節(jié)點信息建立反向路徑，并將Agent再次隨機(jī)發(fā) 送到相鄰節(jié)點，并可在再次發(fā)送前在Agent中增加其已知的事件信息4.sink點的查詢請求也沿著一條隨機(jī)路徑轉(zhuǎn)發(fā),當(dāng)兩路徑交叉時則路由建立5.如不交叉,sink點可flooding查詢請求 Rumor協(xié)議中Agent傳播和Agent路徑與查詢路徑的交叉在多sink點、查詢請求數(shù)目很大、網(wǎng)絡(luò)事件很少的情況下，Rumor協(xié)議較為有效.但如果事件非常多,維護(hù)事件表和收發(fā)Agent帶來的開銷會很大。GPSR(Greedy Perimeter Stateless

27、 Routing)路由協(xié)議：GPSR協(xié)議核心思想：GPSR協(xié)議是一個典型的基于位置的路由協(xié)議。使用GPSR協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點都知道自身地理位置并被統(tǒng)一編址，各節(jié)點利用貪心算法盡量沿直線轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。產(chǎn)生或收到數(shù)據(jù)的節(jié)點向以歐氏距離計算最靠近目的節(jié)點的鄰節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，但由于數(shù)據(jù)會到達(dá)沒有比該節(jié)點更接近目的點的區(qū)域(稱為空洞)，導(dǎo)致數(shù)據(jù)無法傳輸，當(dāng)出現(xiàn)這種情況時，空洞周圍的節(jié)點能夠探測到，并利用右手法則沿空洞周圍傳輸來解決此問題 空洞出現(xiàn)和繞開空洞GPSR協(xié)議優(yōu)點：1.避免了在節(jié)點中建立、維護(hù)、存儲路由表，只依賴直接鄰節(jié)點進(jìn)行路由選擇， 幾乎是一個無狀態(tài)的協(xié)議；2.使用接近于最短歐氏距離的路由，數(shù)據(jù)傳輸時

28、延小;并能保證只要網(wǎng)絡(luò)連通性不 被破壞，一定能夠發(fā)現(xiàn)可達(dá)路由。GPSR協(xié)議的不足：1.當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中sink點和源節(jié)點分別集中在兩個區(qū)域時，由于通信量不平衡易導(dǎo)致部分 節(jié)點失效，從而破壞網(wǎng)絡(luò)連通性；2.需要GPS定位系統(tǒng)或其他定位方法協(xié)助計算節(jié)點位置信息。TBF（Trajectory based forwarding）路由協(xié)議：TBF路由協(xié)議核心思想：1.TBF是一個基于源站和基于位置的路由協(xié)議.與GPSR協(xié)議不同,TBF協(xié)議不是沿著 最短路徑傳播2.與通常的源站路由協(xié)議不同,TBF協(xié)議利用參數(shù)在數(shù)據(jù)包頭中指定了一條連續(xù)的傳 輸軌道而不是路由節(jié)點序列3.網(wǎng)絡(luò)節(jié)點利用貪心算法根據(jù)軌道參數(shù)和鄰節(jié)點位置,

29、計算出最接近軌道的鄰節(jié)點 作為下一跳節(jié)點TBF協(xié)議的優(yōu)點：1.可利用GPSR協(xié)議的方法或其他方法避開空洞;2.通過指定不同的軌道參數(shù),很容易實現(xiàn)多路徑傳播、廣播、對特定區(qū)域的廣播 和多播;3.源站路由避免了中間節(jié)點存儲大量路由信息;4.指定軌道而不是節(jié)點序列,數(shù)據(jù)包頭的路由信息開銷不會隨著網(wǎng)絡(luò)變大而增加, 允許網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓?避免了傳統(tǒng)源站路由協(xié)議的缺點TBF路由協(xié)議的不足：1.隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模變大,路徑加長,沿途節(jié)點進(jìn)行計算的開銷也相應(yīng)增加2.需要GPS定位系統(tǒng)或其他定位方法協(xié)助計算節(jié)點位置信息下圖是TBF協(xié)議沿著任意曲線傳輸數(shù)據(jù) 多路徑傳播 廣播 對特定區(qū)域的廣播 多播能量感知路由協(xié)議（shah

30、等人提出）：Shah協(xié)議的核心思想：1.協(xié)議的目的主要在于改善Directed Diffusion協(xié)議的耗能情況，采用地理位置和數(shù) 據(jù)類型(即節(jié)點類型)標(biāo)識節(jié)點。2.Shah等人認(rèn)為該協(xié)議是按需路由協(xié)議，但其含義更多的是查詢驅(qū)動的，我們將其 與Directed Diffusion都列為主動路由協(xié)議。3.sink節(jié)點(Cost(sink)=0)利用受控的flooding發(fā)起建立路由請求，產(chǎn)生或轉(zhuǎn)發(fā)路由請 求節(jié)點Ni的所有鄰節(jié)點Nj測量與Ni的通信開銷以及Ni的剩余能量:Metric(Nj,Ni)。4.Nj根據(jù)式(a)計算代價 Nj節(jié)點選擇其較小的一些鄰節(jié)點反向構(gòu)造路由表FTj。5.鄰節(jié)點Ni被賦

31、予由式(b)計算的路由概率 6.此后Nj節(jié)點由式(c)計算自身代價Cost(Nj)7.然后，Nj轉(zhuǎn)發(fā)包含自身代價信息的請求。在通信階段,節(jié)點Nj根據(jù) 選擇一條 路徑進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送,Nj NiC,Nj NiP,Nj NiPShah路由協(xié)議的優(yōu)點：1.與Directed Diffusion相比,該協(xié)議雖然存在多條路徑,但只選用一條,能夠有效節(jié)約 能源40%以上;2.隨機(jī)選擇路由方式平衡了通信量Shah路由協(xié)議的不足：1.sink點需要周期性flooding維護(hù)路由信息;2.需要進(jìn)行節(jié)點間收發(fā)開銷和剩余能量測量;4.根據(jù)概率隨機(jī)選擇一條路徑導(dǎo)致其可靠性不如Directed Diffusion協(xié)議.LE

32、ACH（Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy）路由協(xié)議：LEACH是一種基于聚類(Clustering)路由協(xié)議，在WSN路由協(xié)議占有重要地位，其他基于聚類的路由協(xié)議如TEEN、APTEEN、PEGASIS等大都由LEACH發(fā)展而來LEACH路由協(xié)議的核心思想：1.LEACH協(xié)議分為兩個階段操作，即類準(zhǔn)備階段(set-up phase)和就緒階段(ready phase)。為了使能耗最小化，就緒階段持續(xù)的時間比類準(zhǔn)備階段長。類準(zhǔn)備階段 和就緒階段所持續(xù)的時間總和稱為一輪(round)2.在類準(zhǔn)備階段，LEACH協(xié)議隨機(jī)選擇一個傳感器節(jié)點作為類頭節(jié)點(

33、cluster head node)，隨機(jī)性確保類頭與基站之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)母吣芎某杀揪鶆虻胤謹(jǐn)偟剿袀鞲?器節(jié)點。3.具體的選擇辦法是：一個傳感器節(jié)點隨機(jī)選擇 0和1之間的一個值，如果選定的值小于某一個 閾值T(n)，那么這個節(jié)點成為類頭節(jié)點。 T(n)值按右邊公式計算：N：網(wǎng)絡(luò)中傳感器節(jié)點的總數(shù)；p：一輪中網(wǎng)絡(luò)的類頭節(jié)點數(shù)；r：己完成的輪數(shù)；Gr：在剩余的N/k-r個回合中未成為類頭節(jié)點的傳感器節(jié)點組成的集合；4.在類頭節(jié)點選定后，該類頭節(jié)點對網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點進(jìn)行廣播，廣播數(shù)據(jù)包含有該節(jié) 點成為類頭節(jié)點的信息。一旦傳感器節(jié)點收到廣播數(shù)據(jù)包，根據(jù)接收到的各個類頭 節(jié)點廣播信號強(qiáng)度，該節(jié)點選擇信號強(qiáng)

34、度最大的類頭節(jié)點加入，向其發(fā)送成為其成 員的數(shù)據(jù)包。類形成后，類頭節(jié)點采用TDMA策略分配通道使用權(quán)給類內(nèi)節(jié)點。5.一旦處于就緒階段，類頭節(jié)點開始接收類內(nèi)各節(jié)點采集的數(shù)據(jù)，然后采用數(shù)據(jù)融合 和數(shù)據(jù)壓縮等技術(shù)進(jìn)行匯聚，將整合后的數(shù)據(jù)傳輸給Sink節(jié)點。在就緒階段持續(xù)了 一段時間后，網(wǎng)絡(luò)又進(jìn)入了另一次的類準(zhǔn)備階段。LEACH路由協(xié)議模型LEACH協(xié)議的優(yōu)點：隨機(jī)選擇簇頭，平均分擔(dān)路由業(yè)務(wù)，減小了能耗LEACH協(xié)議的不足：不適合大范圍的應(yīng)用；集群分組方式帶來了額外開銷以及覆蓋問題僅適用于每個節(jié)點在單位時間內(nèi)需要發(fā)送的數(shù)據(jù)量基本相同的情況，而不適合 突發(fā)數(shù)據(jù)通信。PEGASIS（power-effic

35、ient gathering in sensor information system）協(xié)議PEGASIS由LEACH發(fā)展而來，它是LEACH協(xié)議的一種改進(jìn)版本，仍然采用動態(tài)選舉簇頭的思想,但為避免頻繁選舉簇頭的通信開銷,采用無通信量的簇頭選舉方法,且網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點只形成一個簇,稱為鏈.該協(xié)議要求每個節(jié)點都知道網(wǎng)絡(luò)中其他節(jié)點的位置,通過貪心算法選擇最近的鄰節(jié)點形成鏈.動態(tài)選舉簇頭的方法:設(shè)網(wǎng)絡(luò)中N個節(jié)點都用1N的自然數(shù)編號,第j輪選取的簇頭是第i個節(jié)點,i=j mod N(i為0時,取N).簇頭與sink點一跳通信,利用令牌控制鏈兩端數(shù)據(jù)沿鏈傳送到簇頭本身,在傳送過程中可聚合數(shù)據(jù).當(dāng)鏈兩端數(shù)據(jù)

36、都傳送完成時,開始新一輪選舉與傳輸。PEGASIS的基本原理：PEGAGIS假定組成網(wǎng)絡(luò)的傳感器節(jié)點是同構(gòu)和靜止的。節(jié)點發(fā)送能量遞減的測試信號，通過檢測應(yīng)答來確定離自己最近的相鄰節(jié)點。通過這種方式，網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點能夠了解彼此的位置關(guān)系，進(jìn)而每個節(jié)點依據(jù)自己的位置選擇所屬的聚類，聚類的簇頭參照位置關(guān)系優(yōu)化計算出到sink節(jié)點的最佳鏈路。右圖為PEGAGIS中的聚類由于節(jié)點了解彼此的位置信息，因而可以形成到簇頭節(jié)點的最佳鏈路。圖中，節(jié)點N1到N5都采集到相關(guān)的數(shù)據(jù)需要發(fā)送給簇頭節(jié)點，節(jié)點N1可以將數(shù)據(jù)發(fā)送給N2，N2收到后將其與本身采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合操作，然后發(fā)送給N5，同樣的N3將數(shù)據(jù)發(fā)送

37、給N4，N4融合后將數(shù)據(jù)發(fā)送給N5，N5收到N2和N4的數(shù)據(jù)后，和自己的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，然后發(fā)送給簇頭，簇頭然后將數(shù)據(jù)發(fā)送給Sink節(jié)點。PEGASIS的優(yōu)點：不需要周期性地動態(tài)選擇簇頭節(jié)點，采用最佳鏈路進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，并且采用數(shù)據(jù)融合技術(shù)減少了數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，因此，整個網(wǎng)絡(luò)的功耗比LEACH要小很多。研究結(jié)果表明，PEGASIS支持的傳感器網(wǎng)絡(luò)的生命周期是LEACH的近兩倍。PEGASIS的不足：1.節(jié)點維護(hù)位置信息（相當(dāng)于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中的拓?fù)湫畔ⅲ┬枰~外的資源；2.固定不變的簇頭使得簇頭成為關(guān)鍵點，其失效會導(dǎo)致路由失敗；3.且要求節(jié)點都具有與sink點通信的能力；4.如果鏈過長，數(shù)據(jù)傳輸時延將

38、會增大，不適合實時應(yīng)用；5.成鏈算法要求節(jié)點知道其他節(jié)點位置，開銷非常大。TEEN（threshold sensitive energy efficient sensor network protocol）協(xié)議：TEEN協(xié)議是一個層次路由協(xié)議，利用過濾方式來減少數(shù)據(jù)傳輸量TEEN協(xié)議的基本原理：1.采用與LEACH協(xié)議相同的聚簇方式,但簇頭根據(jù)與sink點距離的不同形成層次結(jié)構(gòu)2.聚簇完成后,sink點通過簇頭向全網(wǎng)節(jié)點通告兩個門限值(分別稱為硬門限和軟門限) 來過濾數(shù)據(jù)發(fā)送3.在節(jié)點第1次監(jiān)測到數(shù)據(jù)超過硬門限時,節(jié)點向簇頭上報數(shù)據(jù),并將當(dāng)前監(jiān)測數(shù)據(jù)保 存為監(jiān)測值(sensed value,簡

39、稱SV)4.此后只有在監(jiān)測到的數(shù)據(jù)比硬門限大且其與SV之差的絕對值不小于軟門限時,節(jié)點 才向簇頭上報數(shù)據(jù),并將當(dāng)前監(jiān)測數(shù)據(jù)保存為SV。TEEN協(xié)議中由聚簇構(gòu)成的層次結(jié)構(gòu)TEEN協(xié)議的優(yōu)點：1.通過利用軟、硬門限減少了數(shù)據(jù)傳輸量,且層次型簇頭結(jié)構(gòu)不要求節(jié)點具有大功率 通信能力2.數(shù)據(jù)傳送量比主動網(wǎng)絡(luò)少，節(jié)省大量能源。適用于響應(yīng)型(Reactive)應(yīng)用TEEN協(xié)議的不足：如果某個節(jié)點的檢測數(shù)據(jù)始終達(dá)不到硬門限，用戶將無法得到任何數(shù)據(jù)，也無法知道這個節(jié)點是否失效，因此這個方法不適用于需周期性采樣的網(wǎng)絡(luò)。TTDD（two-tier data dissemination ）路由協(xié)議：TTDD協(xié)議是一個

40、層次路由協(xié)議,主要是解決網(wǎng)絡(luò)中存在多sink點及sink點移動問題TTDD協(xié)議的基本原理：1.當(dāng)多個節(jié)點探測到事件發(fā)生時,選擇一個節(jié)點作為發(fā)送數(shù)據(jù)的源節(jié)點,源節(jié)點以自 身作為格狀網(wǎng)(grid)的一個交叉點構(gòu)造一個格狀網(wǎng).2.其過程是:源節(jié)點先計算出相鄰交叉點位置,利用貪心算法請求最接近該位置的節(jié) 點成為新交叉點；3.新交叉點繼續(xù)該過程直至請求過期或到達(dá)網(wǎng)絡(luò)邊緣.4.交叉點保存了事件和源節(jié)點信息.進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢時,sink點本地flooding查詢請求到 最近的交叉節(jié)點,此后查詢請求在交叉點間傳播,最終源節(jié)點收到查詢請求,數(shù)據(jù)反 向傳送到sink點.Sink點在等待數(shù)據(jù)時,可繼續(xù)移動,并采用代理(

41、Agent)機(jī)制保證數(shù) 據(jù)可靠傳遞下圖為TTDD格狀網(wǎng)建立與數(shù)據(jù)查詢 源節(jié)點B發(fā)起建立格狀網(wǎng) Sink點向源節(jié)點B查詢數(shù)據(jù)TTDD協(xié)議的優(yōu)點：與Directed Diffusion協(xié)議相比,該協(xié)議采用單路徑,能夠提高網(wǎng)絡(luò)生存時間TTDD協(xié)議的不足：1.計算與維護(hù)格狀網(wǎng)的開銷較大;2.節(jié)點必須知道自身位置;3.非sink點位置不能移動;4.要求節(jié)點密度較大SAR路由協(xié)議：SAR協(xié)議是第1個在WSNs中保證QoS的主動路由協(xié)議SAR路由協(xié)議的基本原理：1.sink點的所有一跳鄰節(jié)點都以自己為根創(chuàng)建生成樹2.在創(chuàng)建生成樹過程中考慮節(jié)點的時延、丟包率等QoS參數(shù)以及最大數(shù)據(jù)傳輸能力3.各個節(jié)點從而反向

42、建立了到sink點的具有不同QoS參數(shù)的多條路徑4.節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)時選擇一條或多條路徑進(jìn)行傳輸SAR路由協(xié)議的優(yōu)點：能夠提供QoS保證SAR路由協(xié)議的不足：1.節(jié)點中的大量冗余路由信息耗費(fèi)了存儲資源2.路由信息維護(hù)、節(jié)點QoS參數(shù)與能耗信息的更新均需較大開銷最大化生存時間路由協(xié)議（chang etl al）：最大化生存時間路由協(xié)議由Chang等人提出，與Shah等人的思想有相似之處,認(rèn)為最小化傳輸能量并不完全適合WSNs,必須考慮網(wǎng)絡(luò)的生存時間最大化生存時間路由協(xié)議的基本原理：1.根據(jù)節(jié)點剩余能量與鏈路發(fā)送數(shù)據(jù)能量要求定義代價函數(shù)2.最重要的貢獻(xiàn)在于,利用網(wǎng)絡(luò)流建模,采用線性規(guī)劃方法來解決最大生

43、存時間問題: 定義代價函數(shù)為f(eij,Ei),其中eij是節(jié)點i,j發(fā)送數(shù)據(jù)消耗的能量,Ei是節(jié)點i剩余的能 量,代價函數(shù)是關(guān)于eij的增函數(shù)、Ei的減函數(shù).最大化生存時間路由協(xié)議的評價：數(shù)據(jù)流在傳輸過程中動態(tài)改變流向以達(dá)到最大化網(wǎng)絡(luò)生存時間,但需要知道各個節(jié)點的數(shù)據(jù)產(chǎn)生速率TinyOS Beaconing路由協(xié)議：TinyOS Beaconing路由協(xié)議較為簡單1.首先對節(jié)點進(jìn)行編址2.sink點周期性flooding路由更新消息3.信號覆蓋范圍內(nèi)的節(jié)點接收到更新消息后,將發(fā)送消息的節(jié)點作為父節(jié)點保存到 路由表中,然后將該消息在物理信道上廣播,從而構(gòu)成了一個以sink點為根的廣度 優(yōu)先的生

44、成樹 TinyOS Beaconing協(xié)議的路由生成樹建立過程TinyOS Beaconing路由協(xié)議的優(yōu)點： 在小規(guī)模網(wǎng)絡(luò)中簡單、易用TinyOS Beaconing路由協(xié)議的不足：1.在較大網(wǎng)絡(luò)中將導(dǎo)致節(jié)點和sink點間跳數(shù)增加;2.廣播式路由更新消息消耗網(wǎng)絡(luò)能量;3.路徑建立只與接收到beaconing的時序有關(guān),不進(jìn)行任何優(yōu)化,擴(kuò)展性差;4.sink點周圍的節(jié)點由于過多地參與數(shù)據(jù)傳輸,耗能較多,容易失效最小代價路由協(xié)議（Ye et al）：Ye等人提出的最小代價路由協(xié)議與很多協(xié)議的思想相同,以跳數(shù)或能耗作為代價尺度,最終達(dá)到最小化代價的目的,其特別之處在于采用退避算法進(jìn)行代價通告最小代

45、價路由協(xié)議的基本原理：1.在初始階段,除sink點將自身代價設(shè)為0以外,其余節(jié)點都將自己到sink點的代價設(shè) 為.2.sink點利用無線信道廣播包含自身代價的ADV消息,消息在網(wǎng)絡(luò)中受控地擴(kuò)散.3.當(dāng)節(jié)點N從節(jié)點M接收到包含M代價的ADV消息時,知道有一條經(jīng)M到sink點的路 徑,代價為Lm+Cn,m,其中Lm為M到sink點的代價,Cn,m為N到M的代價.4.設(shè)當(dāng)前N到sink點的代價為Ln,如果Lm+Cn,mLn不做任何動作.6.采用退避通告方式是為了避免節(jié)點多次廣播自身的非最優(yōu)代價最小代價路由協(xié)議的評價：該協(xié)議與TinyOS Beaconing相比能節(jié)約能量,但仍有一些與其相同的缺點并需

46、測量通信代價;由于代價函數(shù)只考慮了能耗最少而沒有考慮節(jié)點剩余能量,會使通信量分擔(dān)不平衡,導(dǎo)致某些節(jié)點因能量耗盡失效而使網(wǎng)絡(luò)不能連通其他路由協(xié)議：由于WSNs與應(yīng)用高度相關(guān),路由協(xié)議眾多1.Schurgers等人提出的基于梯度的路由協(xié)議是Directed Diffusion協(xié)議的一個變種, 在Interest分發(fā)過程中記錄了經(jīng)過的跳數(shù),可發(fā)現(xiàn)到sink點的最小跳數(shù)路由2.CADR也是Directed Diffusion協(xié)議的一個變種,其基本思想是盡量激活靠近事件 周圍的節(jié)點進(jìn)行路由傳輸以減少時延3.GEAR是一種基于位置的協(xié)議,通過學(xué)習(xí)能量的使用情況調(diào)整路由,以達(dá)到有效利 用能量的目的4.SPE

47、ED是一種基于位置的協(xié)議,主要目的是提供擁塞控制和軟實時保證5.Beacon Vector Routing是一種基于地址的點對點協(xié)議,該類型在WSNs中并不常見6.APTEEN是對TEEN協(xié)議的改進(jìn),能夠根據(jù)用戶與應(yīng)用的不同動態(tài)地調(diào)整門限值7.還有一些協(xié)議和算法將特定應(yīng)用與路由結(jié)合起來考慮,如COUGAR,TinyDB, ACQUIRE,TAG將WSNs視為分布式數(shù)據(jù)庫,將路由與查詢相結(jié)合8.還有的協(xié)議是將路由與拓?fù)淇刂葡嘟Y(jié)合,如GAF,SPAN路由協(xié)議的分類比較一典型路由協(xié)議的比較路由協(xié)議的分類比較二路由協(xié)議的特點比較一路由協(xié)議的特點比較二路由協(xié)議的應(yīng)用范圍比較無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議比較1

48、.TinyOS是一個開源的嵌入式操作系統(tǒng)，它是由加州大學(xué)的伯利克分校開發(fā)出來 的，主要應(yīng)用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)方面。2. TinyOS采用了組件的結(jié)構(gòu)，它是一個基于事件的系統(tǒng)。3. TinyOS設(shè)計的主要目標(biāo)是代碼量小、耗能少、并發(fā)性高、魯棒性好，可以適應(yīng) 不同的應(yīng)用。4.四種技術(shù)： 輕線程：解決節(jié)點操作可能比較頻繁，線程較短，傳統(tǒng)進(jìn)程/線程調(diào)度無法滿足 主動消息：在發(fā)送消息的同時傳送處理這個消息的相應(yīng)處理函數(shù)ID和處理數(shù)據(jù)， 接收方得到消息后可立即進(jìn)行處理，從而減少通信量 事件驅(qū)動：整個系統(tǒng)的運(yùn)行是因為事件驅(qū)動而運(yùn)行的，沒有事件發(fā)生時微處理 器進(jìn)入睡眠狀態(tài)，從而可以達(dá)到節(jié)能的目的 組件化編程：組

49、件就是對軟硬件進(jìn)行功能抽象。整個系統(tǒng)是由組件構(gòu)成的，通 過組件提高軟件重用度和兼容性。程序員只關(guān)心組件的功能和自 己的業(yè)務(wù)邏輯，而不必關(guān)心組件的具體實現(xiàn)，從而提高編程效率Tinyos平臺介紹1.完整的系統(tǒng)由一個調(diào)度器和一些組件組成，應(yīng)用程序與組件一起編譯成系統(tǒng)2.組件由下到上可分為硬件抽象組件、綜合硬件組件和高層軟件組件，高層組件向底層組件發(fā)出命令，底層組件向高層組件報告事件。3.調(diào)度器具有兩層結(jié)構(gòu)：第一層維護(hù)著命令和事件，它主要是在硬件中斷發(fā)生時對 組件的狀態(tài)進(jìn)行處理； 第二層維護(hù)著任務(wù)(負(fù)責(zé)各種計算)，只有當(dāng)組件狀態(tài)維護(hù)工作完成后，任務(wù)才 能被調(diào)度。3.TinyOS的組件層次結(jié)構(gòu)就如同一個

50、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧，底層的組件負(fù)責(zé)接收和發(fā)送最原始的數(shù)據(jù)位，而高層的組件對這些位數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼、解碼，更高層的組件則負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)打包、路由和傳輸數(shù)據(jù)TinyOS體系結(jié)構(gòu)1.nesC是一種類似C的語言，它是對C語言的擴(kuò)展，也是結(jié)構(gòu)化的語言。nesC基于 體現(xiàn)TinyOS的結(jié)構(gòu)化概念和執(zhí)行模型而設(shè)計2. nesC主要特征:(1)結(jié)構(gòu)和內(nèi)容的分離：在模塊中主要實現(xiàn)代碼的編制，它可以使用和提供接口， 在它的實現(xiàn)部分必須對提供接口里的command和使用接口里的event進(jìn)行實現(xiàn)。(2)組件通過接口(Interface)彼此靜態(tài)地相連。在連接配置文件中主要是將各個組 件和模塊連接起來成為一個整體，它也可以提供和使用接

51、口。這增加運(yùn)行時效 率，而且允許更好的程序靜態(tài)分析。(3)根據(jù)接口的設(shè)置說明組件功能。接口可以由組件提供或使用。被提供的接口表 現(xiàn)它為使用者提供的功能，被使用的接口表現(xiàn)使用者完成它的作業(yè)所需要的功能。(4)接口有雙向性：它們敘述一組接口供給者(command)提供的函數(shù)和一組被接口 的使用者(event)實現(xiàn)的函數(shù)。這允許一個單一的接口能夠表現(xiàn)組件之間復(fù)雜的交 互作用。接口通過是否帶參數(shù)來實現(xiàn)這個功能。帶參數(shù)的接口可以提供多個此接 口的實例，每一個實例都有唯一的id標(biāo)定，從而可以提供一種“fan-out”式的使用； 且它的command和event在組件中使用時也必須帶上這個參數(shù)。Tinyos

52、的編程語言nesC簡介 基于nesC語言的一般應(yīng)用程序框架ReliableRoute Components Tinyos中路由協(xié)議的實現(xiàn)從基站開始建立路徑尋找最佳的parent傳輸messageRouting Table: 列出最佳的neighbours 和 routing info, 需要SRAM存儲器Table Management: 去除或者添加neighbours 到routing tableEstimator: 計算neighbours 的鏈路質(zhì)量(像跳數(shù), sequence numbers等） 可以依據(jù)不同的策略進(jìn)行評估Parent Selection:決定選擇哪個parent傳輸

53、messageCycle Detection: 避免循環(huán)傳送message (如傳送message 給child，而不是 parentTimer: 周期性更新routing tables, messaging等Power management：能量管理1.LEPS簡介（1）LEPS(Link Estimation and Parent Selection)協(xié)議是TinyOS的多跳路由協(xié)議，適用于數(shù)據(jù)聚集應(yīng)用。LEPS協(xié)議通過節(jié)點間的鄰居信息交換機(jī)制，建立到sink節(jié)點的最短通信路徑，并考慮鏈路可靠性因素。（2）LEPS路由協(xié)議的目的是建立一個以匯聚節(jié)點為根節(jié)點的樹型拓?fù)?，每個節(jié)點向自己的父節(jié)點

54、轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。在LEPS路由中，節(jié)點還維護(hù)自己和鄰居節(jié)點之間的雙向鏈路質(zhì)量評估，并根據(jù)評估值選擇鄰居節(jié)點中跳數(shù)最小，鏈路質(zhì)量最好的作為父節(jié)點。（3）三個階段：a.拓?fù)浣ⅲ汗?jié)點主要根據(jù)到匯聚節(jié)點的跳數(shù)信息，建立起到匯聚節(jié)點的最短跳數(shù)路由； 在節(jié)點初始化時，匯聚節(jié)點將自己的跳數(shù)置為零，除了匯聚節(jié)點以外的其他所有節(jié)點，都置自己的跳數(shù)初始值為最大跳數(shù)。匯聚節(jié)點的鄰居節(jié)點在收到匯聚節(jié)點的廣播后，選擇匯聚節(jié)點為自己的父節(jié)點，并將自己的跳數(shù)置為1。在下次廣播路由狀態(tài)的時候，這些節(jié)點將在路由狀態(tài)廣播中包含自己新的跳數(shù)信息。這是一個迭代的過程，直到網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點都設(shè)置了自己到匯聚節(jié)點的跳數(shù)為止。這樣，整個網(wǎng)絡(luò)就形成了一個以匯聚節(jié)點為根節(jié)點的樹型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。一個深度為N跳的網(wǎng)絡(luò)至少需要經(jīng)過N個廣播周期才能建立完整的樹型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。LEPS路由協(xié)議在tinyos中的實現(xiàn)b.路由維護(hù)：節(jié)點評估到鄰居節(jié)點的通信質(zhì)量選擇最小跳數(shù)下通信質(zhì)量最好的節(jié)點為父節(jié)點；.鏈路質(zhì)量評估:節(jié)點統(tǒng)計一定時間內(nèi)從某個鄰居節(jié)點接收到的分組占該鄰居節(jié)點發(fā)送往該節(jié)點的分組數(shù)量的比重。LEPS中鏈路估計包括兩部分：發(fā)送代價估計和接收代價估計，并用這兩個值表示鏈路的雙向通信代價。LEPS還綜合原先鏈路估