WSN路由协议解析

路由协议概述 ——路由协议功能
定义：
WSN路由协议是一套将数据从源节点传输到目的节点的机 制。
路由是WSN的核心技术之一
WSN不适合设计通用的路由协议：能耗、计 算复杂度。
WSN是无基础设施的网络，一般用电池供电、无 人看守，电池不能补充，要延长网络寿命就必须 降低能耗。
能耗主要用户数据无线传输上，所以单跳传输距 离不能太远，要实现WSN大范围覆盖，就需要多 跳中继，即路由
– 分层路由:
• 与平面路由协议相对应的是分层结构路由协议。 • 它采用簇的概念对传感器节点进行层次划分。
• 若干个相邻节点构成一个簇，每一个簇有一个簇首。簇与簇之间 可以通过网关通信。
• 网关可以是簇首也可以是其它簇成员。网关之间的连接构成上层 骨干网，所有簇间通信都通过骨干网转发。
• 分层路由协议包括成簇协议、簇维护协议、簇内路由协议和簇间 路由协议四个部分。
• 平面结构是指网络中各节点在路由功能上地位相同，没有引入 分层管理机制。
• 优点：网络中没有特殊节点，网络流量均匀地分散在网络中， 路由算法易于实现。
• 缺点：可扩张性小，在一定程度上限制了网络的规模。 • 典型路由：Flooding,Gossiping,SPIN,DD，Rumor
Baidu Nhomakorabea14
路由协议分类（2）
12
路由协议分类（1）
– 被动路由:
• 也叫按需(On Demand)路由 • 与主动路由相反，被动路由认为在动态变化的网络环境中，没有
必要维护去往其它所有节点的路由。 • 仅在有去往目的节点路由的时候才“按需”进行路由发现。 • 被动路由协议根据网络分组的传输请求，被动地搜索从源节点到
目的节点的路由。 • 当没有分组传递请求时，路由器处于静默状态，并不需要交换路
15
路由协议分类（2）
地广播路由信息分组，交换路由信息，主动发现路由， • 节点必须维护去往全网所有节点的路由。 • 优点:当节点需要发送数据分组时，只要去往目的节点的路由存
在，所需的延时就会很小。 • 缺点:需要花费较大开销，尽可能使得路由更新能够紧随当前拓
扑结构的变化，浪费了一些资源来建立和重建那些根本没有被使 用的路由。
复杂度)
以数据为中心
WSN路由协议要求
要求 能量高效（协议简单&节省能量&均衡消耗） 可扩展性（网络范围 & 节点密度） 鲁棒性（节点变化 & 拓扑变化） 快速收敛性 （在移动的节点时，更需要快速收敛）
WSN路由协议关键技术
考虑网络和节点能量优化
节点能量限制，大部分能量用于通信，所以研究低功耗的通信 协议，尤其是路由协议
传感器网络中流量分布不对称
数据收集网络&多源单Sink，越接近Sink，流量越大
其他：冗余设计、定位、覆盖性、QoS等
传感器网络路由协议的挑战
自组织布撒（Ad hoc deployment） 能量消耗（Energy consumption ） 路由精度（Routing accuracy） 计算能力（Computation capabilities） 通信能力（Communication tolerance） 容错能力（Fault tolerance） 可扩展性（Scalability） 控制负载（Control overhead，带宽有限，重
设计目标
满足应用需求 （WSN路由与应用相关） 低网络开销 （内存、计算复杂度、节能） 资源利用的整体有效性 网络高吞吐率
WSN使用环境恶劣
无线信道不稳定 节点的移动与失效
WSN拓扑结构随时可能变化，这与传统 Internet不同，因此传统路由不能用于WSN
WSN路由协议特点
具有高可扩展性
网络规模，节点上千个，节点越多，路由收敛越慢、路由越不 稳定，Ad Hoc的路由不能照搬
网络拓扑变化强
节点移动、失效 & 无线信道 & 规模大，拓扑变化频繁，如何 建立快速收敛、复杂度低的路由？）
传感器网络路由中使用数据融合技术（数据为中心）
传统网络以点对点通信，保证数据“完整无误”；WSN强调数 据汇聚，为了降耗，每个节点都进行数据融合，减小通信量
成簇协议解决如何在动态分布式网络环境下使移动节点高效地聚集 成簇，它是分层路由协议的关键。
簇维护协议要解决在节点移动过程中的簇结构维护，其中包括移动 节点退出和加入簇，簇的产生和消亡等功能。
• 分层路由协议比较适合于无线传感器网络，但成簇过程会产生一 定的能源消耗，如何产生有效的簇类也正是各地学者深入研究的 问题。
第五章 路由协议
内容提要
WSN路由协议概述 WSN路由协议分类 能量感知路由协议 基于查询的路由协议 集群结构路由协议 地理位置路由协议
内容提要
WSN路由协议概述 WSN路由协议分类 能量感知路由协议 基于查询的路由协议 集群结构路由协议 地理位置路由协议
由信息。 • 拓扑结构和路由表内容按需建立，它可能仅仅是整个拓扑结构信
息的一部分。 • 优点:不需要周期性的路由信息广播，节省了一定的网络资源。 • 缺点:发送数据分组时，如果没有去往目的节点的路由，数据分
组需要等待因路由发现引起的延时。
13
路由协议分类（2）
按网络管理的逻辑结构划分
– 平面结构路由:
与传统网络不同： （传统网络（如GSM）放在QoS上；WSN重点在能
耗上）
WSN特点 自组织的网络（随机部署） 数据的冗余性（多节点监测同一事件，需要数据融合） 基于局部拓扑信息（硬件限制） 网络功能：数据收集，多对一 （一个sink节点） WSN路由与应用相关，(不同的应用采用不同的路由，降低路由
载情况下，如何保证QoS）
内容提要
WSN路由协议概述 WSN路由协议分类 能量感知路由协议 基于查询的路由协议 集群结构路由协议 地理位置路由协议
路由协议分类（1）
按路由发现策略划分
– 主动路由:
• 也叫表驱动(Table Driven)路由， • 主动路由的路由发现策略与传统路由协议类似，节点通过周期性