无线传感器网络

3.几种典型的路由协议
• Flooding路由协议 • Directed Diffusion • LEACH路由协议 • GEAR路由协议
Flooding路由协议
• Flooding协议是一种传统的洪泛路由协议， Flooding协议不要求维护网络的拓扑结构和 相关路由计算信息，仅要求节点在接收到 信息后以广播的方式向邻居节点转发数据 包，邻居节点重复执行上述过程，直到数 据包到达目的地或者该数据包的生命周期 结束
• 移动管理平台：主要对节点移动进行检测 和注册，维护到达节点的路由
• 任务管理平台：是根据应用需求平衡和优 化调度任务
无线传感器网络的主要关键技术
• 物理层关键技术 • 信道接入技术 • 无线传感器网络路由 • 拓扑控制技术 • 覆盖技术 • 数据融合技术 • 定位与跟踪技术
无线传感器网络路由关键技术
• 优点:实现简单
• 缺点：信息的“重叠”和“內爆”“资源 盲点”
Directed Diffusion
• Directed Diffusion即定向扩散路由协议，是 一种以数据为中心并基于查询的路由技术。
为了能够适应网络拓扑的动态变化，定向
扩散路由协议周期性地对网络进行路由维 护和更新，其主要分为3个阶段：兴趣扩散、 梯度建立和路径加强
• (4)鲁棒性与容错性：节点可能会由于能量耗尽、物理损 坏或环境干扰等因素造成故障或失效，而这不应该影响 整个网络服务
• (5)网络动态性：在许多应用需要考虑传感节点或基站的 移动
• (6)数据融合：由于传感节点可能会产生许多重复冗余的 数据，可以将从多个不同节点传输的相同的数据分组进 行数据融合以降低通信量
1.无线传感器网络路由概述 路由协议的作用是寻找一条或多条满足一定
条件的、从源节点到目的节点的路径，将数据 分组沿着所寻找的路径进行转发，故路由协议 的功能是：一是搜索满足条件的从源节点到目 的节点的优化路径；二是转发数据分组。目前 根据无线传感器网络的结构、路由协议自身的 特点以及应用类型等，将路由协议分为：以数 据为中心的路由协议、基于层次结构的路由协 议、基于地理信息的路由协议、基于多路径的 路由协议
无线传感器网络体系结构
• 一个典型的无线传感器网络结构包括传感 节点、汇聚节点、互联网或通信卫星和管 理节点等。
• 随着人们对传感器网络研究的不断深入， 研究人员提出了多个传感器节点上的协议 栈。
• 物理层：实现信道的选择、无线信号的监测、 信号的发送与接收等功能
• 数据链路层：负责数据成帧、帧检测、媒体访 问和差错控制。该层又可分为媒体访问控制 （MAC）子层和逻辑链路控制（LLC）子层。
• 无线传感器网络具有众多类型的传感器节点， 可用来探测地震，电磁，温度，湿度，噪声， 光强度，压力，土壤成分，移动物体的大小、 速度和方向等周边环境参数。无线传感器网络 的任务是利用传感器节点来检测节点周围的环 境，收集相关数据，然后通过无线收发装置采 用多跳路由的方式将数据发送给汇聚节点，再 通过汇聚节点将数据传送到用户端，从而达到 对目标区域的监测。它综合了计算技术、通信 技术以及传感器技术，能通过各类集成化的微 型传感器协作地实时监测、感知和采集各种环 境信息或被监测对象的信息，这些信息以无线 方式发送，并以自组多跳的网络方式传送到用 户终端，从而实现物理世界、计算机世界以及 人类社会三元世界的连通。
兴趣扩散
梯度建立
路径加强
优点：节点仅与邻居节点通信，因此不用全局的地址机制； 为了节省能量消耗，每个节点都可以进行数据融合；数据的 发送是基于按需查询的，节点无需维护拓扑结构，因此可以 减少能量消耗。
缺点ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ由于它是基于查询驱动的路由协议，因而不适用于环
境监测等某些紧急上报应用的无线传感器网络。另外，对于 不同的应用，需要定义不同的<属性，值>对，从而限制了它 的应用。
2.路由协议设计的关键问题
• (1)节点部署：根据不同应用合理地部署无线传感器网络 节点，尽量减少对路由协议的影响
• (2)数据精确前提下的能耗：无线传感器网络中的节点数 目较多，在进行精确计算时，部分节点可能由于要进行 大量计算和传输信息，而使节点的电池能量消耗殆尽
• (3)以数据为中心的数据报告模型：无线传感器网络的数 据报告依赖于应用与时间响应特性
GEAR路由协议
• GEAR是基于地理位置的路由协议，它建立 汇聚节点到事件区域的优化路径，充分考 虑了能源有效性。
• 网络层：负责路由生成与路由选择，主要功能 包括分组路由、网络互连、拥塞控制等。路由 协议的功能是在传感器节点和汇聚节点之间建 立路由，可靠地传递数据。
• 传输层：负责数据流的传输控制
• 应用层：主要负责获取数据并进行初步处理， 包括一系列基于监测任务的应用层软件
• 能量管理平台：其任务是能量分配，尽量 延长网络的可用时间，要考虑各个协议层 的节能。
基于地理位置的无线传感器 网络路由
无线传感器网络的定义
• 无线传感器网络（wireless sensor network,WSN） 是由具有感知、处理和无线通信能力的微型节点 通过自组织方式形成的网络，是一种全新的信息 获取平台，能够实时监测和采集网络分布区域内 的各种检测对象的信息，并将这些信息发送到网 关节点，以实现复杂的指定范围内目标检测与跟 踪，具有快速展开、抗毁性强等特点，有着广阔 的应用前景。
LEACH路由协议
• LEACH（low energy adaptive clustering hierarchy）是 MIT研究人员A.Chandrakasan等人为无线传感器网络 设计的第一个低功耗自适应聚类路由协议。
• 其基本思想是将节点组织成簇结构形式，每个簇有 一个簇头节点(cluster head node)，其他节点作为非 簇头节点。所有的非簇头节点只与本簇头节点通信， 而簇头节点会收集簇内非簇头节点的数据，进行融 合后传输到汇聚节点。但簇头节点消耗能量多，则 使用轮转的方式选举簇头，对每一个传感器节点按 照平均功耗分配能量的使用，达到降低能耗和延长 网络生存周期的目的