第5章--无线传感器网络传输层协议

第五章 无线传感器网络传输层协议
无线传感器网络传输层关键问题
3．优先级策略
在无线传感器网络中，优先级也可以被分为两类。
（1）基于事件的优先级：在不同的源节点采集不同的数据 时，这些数据本身就有不同的优先级，如战场数据优先级 高，因此在数据包中这种事件要被标成紧急事件，这是采 用的在数据包头填充进优先级变量，变量值越大则证明这 个数据包应该先被处理。
（2）基于节点的优先级：节点类型不同，所在的位置不同， 节点的优先级也不同，例如接近汇聚节点附近的节点由于 容易发生拥塞，因此应该给予这些节点发送的数据包比较 高一点的优先级
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无线传感器网络传输层协议分类
➢主要的分类有： 基于可靠性保证 基于拥塞避免 基于跨层
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对于规模稍微大一些的网络来说，发生拥塞之后，Sink节点的调 配信息经过广播形式到达源节点之后，可能这时已经不拥塞了， 因此不适用于大规模网络。
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第五章 无线传感器网络传输层协议
无线传感器网络传输层协议概述 无线传感器网络传输层关键问题 无线传感器网络传输层协议分类 典型无线传感器网络传输层协议 无线传感器网格体系
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无线传感器网络传输层协议概述
➢传输层是是最靠近用户数据的一层，主要负责在源和 目标之间提供可靠的、性价比合理的数据传输功能。为 了实现传输层对上层透明，可靠的数据传输服务，传输 层主要研究端到端的流量控制和拥塞的避免，保证数据 能够有效无差错地传输到目的节点。
2．丢包恢复
（1）如果在无线传感器网络中采用端到端的传输和丢包恢复，则需 要追踪整条链路的路径，传输延迟高，而且能量消耗也非常大，明 显不适于对实时性要求高的无线传感器网络。
（2）在反馈过程中，反馈控制消息需要经过所有中间节点，在此过 程中还需要维护每个节点的路径信息，而这些工作在逐跳网络中是 根本不必要的，而且浪费能量。
典型无线传感器网络传输层协议—— ESRT的ES局R限T性：
ESRT要求Sink节点通信范围必须能够覆盖整个网络，对Sink节点 的硬件要求非常高，对于大规模的无线传感器网络来说，实现比 较困难。
Sink节点没有考虑到各个节点的优先级信息，对所有节点采取统 一的调配方案，假设节点在某个局部地区任务突然增加，ESRT 就不适用了。
3. TCP协议的可靠性要求很高，而WSN中只要求目的节点接收到源节点发送的 事件，可以有一定的数据包丢失或者删除。
4. TCP协议中采用的ACK反馈机制，这个过程中需要经历所有的中间节点，时 延非常高且能量消耗也特别大；而WSN中对时延的要求比较高，能量也非 常有限。
5. 对于拥塞控制的WSN协议来说，有时非拥塞丢包是比较正常的，但是在TCP 协议中，非拥塞的丢包会引起源端进入拥塞控制阶段，从而降低网络的性 能。
6. 最后一点也最重要，在TCP协议中，每个节点都被要求有一个独一无二的 IP地址，而在大规模的无线传感器网络中基本上不可能实现的，也是没有 必要的。
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无线传感器网络传输层协议概述
➢因此，无线传感器网络的传输层协议不能直接使用 传统的TCP协议，而应该根据无线传感器网络应用特 点和网络自身的条件设计自己的协议，归纳起来，主 要包括以下几点：
1．降低传输层协议的能耗
2．进行有效的拥塞控制
3．保证网络的可靠性
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无线传感器网络传输层关键问题
1．拥塞控制
造成WSN拥塞的原因有很多，如节点收到数据过多过快、处理能力 有限、冗余数据太多、缓存区太小等都可能造成拥塞，而WSN的汇 聚特性更加剧了靠近Sink节点附近网络的拥塞，因此快速检测并控制 拥塞就变得非常有意义
➢传统的Internet主要采用TCP/IP协议，也有的使用UDP 协议，其中UDP采用的是无连接的传输，虽然能够保证 网络的实时性，时延非常小，但其数据丢包率较高，不 能保证数据可靠传输，不适用于无线传感器网络。 TCP 协议提供的是端到端的可靠数据传输，采用重传机制来 确保数据被无误地传输到目的节点。
Si∈{ (NC，LR)，(NC，HR)，OOR，(C，HR)，(C，LR) }
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典型无线传感器网络传输层协议—— ESRT
（2）关键技术
①逐跳错误恢复
②取充之间的关系
③数据连续发送
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典型无线传感器网络传输层协议—— （2）关键E技S术RT。
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无线传感器网络传输层协议概述
➢ 由于无线传感器网络自身的特点，TCP协议不能直接用于无线传感器网 络，原因如下：
1. TCP协议提供的是端到端的可靠信息传输，而WSN中存在大量的冗余信息， 要求节点能够对接收到的数据包进行简单的处理。
2. TCP协议采用的三次握手机制，而且WSN中节点的动态性强，TCP没有相对 应的处理机制。
无线传感器网络传输层协议分类
第五章 无线传感器网络传输层协议
典型无线传感器网络传输层协议—— ERST协议E是S一R种T自适应调整协议。能够将数据可靠、低能耗地传送到Sink节点，
是一种典型的可靠性协议。
（1）基本思想
ESRT在综合考虑节点现有的拥塞情况和可靠性情况下，确定最优策略使网 络性能达到最优。这个协议包括两个部分，一个是系统可靠性的测量，另一个 是根据可靠性做出相应的调整。如果系统的可靠性不符合网络系统所要求的可 靠性值，则ESRT会自动调节网络发送节点的发送速率，使之达到系统所要求的 可靠性指标；如果系统的可靠性超过了网络要求，则ESRT在不牺牲可靠性的条 件下，适当地降低源节点的发送速率，减小节点拥塞，最大限度地节省能量。 因此根据这种机制，ESRT将无线传感器网络系统分为5种状态：
①可靠性的度量
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典型无线传感器网络传输层协议—— ②可靠性调E节SRT
监测到可靠性之后，一般来说网络都不是运行在最优状态，可靠性 和能量不是处于一个平衡状态，因此协议采用一定的调节机制来进行可 靠性和拥塞度的调节，以此来最大限度地节省能量，提高系统的性能。
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