WSN路由协议解析
wsn路由协议的分类
wsn路由协议的分类WSN（无线传感器网络）是由大量低功耗的无线传感器节点组成的网络，用于感知、采集和传输环境信息。
WSN路由协议是指在无线传感器网络中，节点之间进行通信和数据传输时所采用的路由方式和协议。
根据不同的路由方式和协议特点，WSN路由协议可以分为以下几类。
一、平面型路由协议平面型路由协议主要是将网络拓扑结构抽象为二维平面，将节点部署在平面上，通过节点之间的位置关系来确定路由路径。
常见的平面型路由协议有以下几种。
1. GPSR（Greedy Perimeter Stateless Routing）：该协议通过节点的位置信息来进行数据包的路由选择，利用局部贪心算法选择下一跳节点，具有低能耗和高可靠性的优点。
2. GAF（Geographic Adaptive Fidelity）：该协议根据节点的位置信息，动态调整节点的通信范围，从而实现网络中节点的负载均衡和能量均衡。
3. LAR（Location-Aided Routing）：该协议通过节点的位置信息来进行数据包的路由选择，利用洪泛和反向路径设置机制来提高路由的效率和可靠性。
二、层次型路由协议层次型路由协议是将网络划分为不同的层次结构，每个层次有不同的路由策略和协议。
常见的层次型路由协议有以下几种。
1. LEACH（Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy）：该协议将网络节点划分为不同的簇，每个簇有一个簇头节点负责数据的聚集和转发，通过簇头节点和基站之间的通信来实现数据的传输。
2. TEEN（Threshold-sensitive Energy Efficient Sensor Network）：该协议将网络节点划分为不同的阈值范围，节点根据自身能量水平选择合适的阈值范围进行数据的传输和路由选择。
3. MTE（Multicast Tree-based Energy）：该协议通过构建多播树的方式进行数据传输，通过选择合适的多播树结构来实现能量的节约和路由的优化。
无线传感器网络路由协议
无线传感器网络路由协议无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）是由大量低成本、低功耗的传感器节点组成的网络系统，用于感知和收集环境信息。
无线传感器网络的路由协议起着关键作用，它决定了数据在网络中的传输路径和方式，影响着整个网络的性能、能耗以及生存时间。
1. LEACH（Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy）是一种经典的层次化路由协议。
它将网络中的节点划分为若干个簇（Cluster），每个簇有一个簇首节点（Cluster Head）。
簇首节点负责收集和聚合簇内节点的数据，并将聚合后的数据传输给基站节点，从而减少了网络中节点之间的通信量，节省了能耗。
2. AODV（Ad Hoc On-Demand Distance Vector）是一种平面路由协议，适用于无线传感器网络中节点数量较少且网络拓扑较稳定的情况。
AODV协议通过维护路由表来选择最短路径，当节点需要发送数据时，它会向周围节点发起路由请求，并根据收到的响应建立起路由路径。
3. GPSR（Greedy Perimeter Stateless Routing）是一种基于地理位置的路由协议。
它通过利用节点的地理位置信息来进行路由选择，具有低能耗和高效的特点。
GPSR协议将整个网络划分为若干个区域，每个节点知道自己的位置以及周围节点的位置，当需要发送数据时，节点会选择最近的邻居节点来进行转发，直到达到目的节点。
除了以上几种常见的路由协议，还有很多其他的无线传感器网络路由协议，如HEED（Hybrid Energy-Efficient Distributed clustering）、PEGASIS（Power-Efficient Gathering in Sensor Information Systems）等，它们各自具备不同的优势和适用场景。
总之，无线传感器网络的路由协议在保证数据传输可靠性和网络能耗方面起着重要的作用。
典型路由协议
7、LEACH路由协议
5、一旦处于就绪阶段，类头节点开始接收类 内各节点采集的数据，然后采用数据融合 和数据压缩等技术进行汇聚，将整合后的 数据传输给Sink节点。
LEACH协议的优点与不足
缺点：
随机选择簇头，平均分担路由业务，减小了能 耗。
不足：
①不适合大范围的应用； ②集群分组方式带来了额外开销以及覆盖问题； ③仅适用于每个节点在单位时间内需要发送的数 据量基本相同的情况，而不适合突发数据通信。
6、 GPSR路由协议
GPSR(Greedy Perimeter Stateless Routing) GPSR协议核心思想：GPSR协议是一个典型的 基于位置的路由协议。使用GPSR协议，网络节 点都知道自身地理位置并被统一编址，各节点利 用贪心算法尽量沿直线转发数据。产生或收到数 据的节点向以欧氏距离计算最靠近目的节点的邻 节点转发数据，但由于数据会到达没有比该节点 更接近目的点的区域(称为空洞)，导致数据无法 传输，当出现这种情况时，空洞周围的节点能够 探测到，并利用右手法则沿空洞周围传输来解决 此问题。
DD路由协议的缺点：
1、基于查询驱动模型的，不适用于环境监测的 WSN； 2、Gradient的建立开销很大,不适合多sink点网络； 3、数据聚合过程采用时间同步技术,会带来较大开 销和时延； 4、不同的应用中需要定义不同的命名方案，也就 是<属性，值>对，从而限制了它的应用。
WSN中基于代价函数的机会路由协议
WSN中基于代价函数的机会路由协议
无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）是由大量的低能耗、分布式的无线传感器节点组成的网络系统，用于收集环境中的信息并将其传输到数据处理中心。
在WSN中，传感器节点通常是由有限的资源，如能量、计算能力和通信带宽。
机会路由协议（Opportunistic Routing Protocol）是指传感器节点在不确定节点之间的可靠连接时，通过选择机会节点进行数据传输的一种路由协议。
机会路由协议的核心思想是基于数据包的传输机会，而不是单一的最佳路径选择。
基于代价函数的机会路由协议是一种根据节点之间的代价计算进行数据包传输的机会路由协议。
每个节点根据邻居节点的代价值来选择最佳的机会节点，并将数据包传输到该节点，最终传输到目的地节点。
代价函数的选择对基于代价函数的机会路由协议的性能有重要影响。
一般来说，代价函数越小表示节点之间的传输代价越小，选择代价函数较小的机会节点更有可能提高数据包的传输效率。
除了代价函数的选择，基于代价函数的机会路由协议还需要考虑其他因素，如网络拓扑结构、能量消耗、时延等。
在设计基于代价函数的机会路由协议时，需要全面考虑这些因素，并进行合理的折衷和权衡。
WSN中基于代价函数的机会路由协议
WSN中基于代价函数的机会路由协议无线传感器网络（WSN）是由大量分散式的、小型的无线传感器节点组成的自组织网络。
WSN可以应用于各种不同领域，如环境监测、医学检测、农业监测、建筑结构监测等等。
为了保证网络的可靠性和稳定性，通信协议是WSN的核心。
机会路由协议是一种适用于WSN的协议，它通过选择“机会”（即邻节点与目的节点之间空闲时间）来进行路由。
在机会路由协议中，每个节点维护一个代价函数来选择最佳的邻节点。
代价函数通常由下列因素组成：能量、跳数、负载、信道质量等等。
这篇文章将重点介绍基于代价函数的机会路由协议。
基于代价函数的机会路由协议的主要思想是在选择路由时优化某些代价因素。
每个节点需要维护一个代价函数，这个代价函数反映了节点与目的节点之间的路由代价。
代价函数可以是多维的，因为WSN中的路由代价不仅仅包括能量消耗，还包括一些其他因素，如节点负载、跳数等等。
以能量消耗为例，一个节点在转发数据时会消耗能量。
因此，如果只考虑转发数据时的能量消耗，那么节点将会选择能够用最小能量到达目的节点的邻节点。
在机会路由协议中，每个节点都提供了一个竞态窗口（Racing Window），用于等待其它节点的转发机会。
竞态窗口是有限的，因此节点首先要确定转发决策。
在选择最佳路由时，节点会选择最小代价的路由。
代价函数是根据节点的性质和节点之间的关系来确定的。
在基于机会路由协议的代价函数中，代价函数的大小符合路由代价的大小。
节点要通过代价函数来选择最优的邻节点。
在机会路由协议中，每个节点都有一个竞争窗口（Racing Window）。
窗口大小和每个节点能够存储和传递的数据包数量呈正比例。
这些数据包可以包含路由信息、传感器数据等等。
基于机会路由的代价函数可以应用于各种不同的WSN应用场景。
例如，在无线传感器网络中进行野外监测时，代价函数可以考虑能量消耗、跳数和信道质量。
在医学检测中，代价函数可以考虑到传输延迟等因素。
在基于代价函数的机会路由协议中，每个节点都需要维护自己的代价函数。
典型的WSN路由协议
典型的WSN路由协议典型的无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）路由协议有多种，其中包括基于层级结构的协议、基于分簇结构的协议、基于数据中心的协议等。
在以下文本中，我将详细介绍这些典型的WSN路由协议。
一、基于层级结构的协议基于层级结构的WSN路由协议通常将网络节点划分为多个层级，如根节点、中间节点和叶子节点。
这些协议的主要目标是将传感器节点的数据从低层级传输到高层级，从而实现对数据的收集和处理。
1. LEACH（Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy）LEACH是一种基于层级结构的分簇协议，采用随机方式选择簇首。
在LEACH中，各个节点根据能量水平选择成为簇首或普通节点。
簇首节点收集普通节点的数据并进行聚合，然后将聚合结果传输到基站。
2. HEED（Hybrid Energy Efficient Distributed Clustering）HEED是一种能量效率分簇协议，采用分布式方式选择簇首。
在HEED 中，每个节点通过计算能量、距离和节点密度等指标来选择簇首节点。
该协议通过平衡能量消耗和网络负载来延长网络寿命。
二、基于分簇结构的协议基于分簇结构的WSN路由协议将网络节点按照一定的规则划分为不同的簇，以便有效地管理和协调数据传输。
1. PEGASIS（Power-Efficient Gathering in Sensor Information Systems）PEGASIS是一种能量有效的数据收集协议，在不选择簇首的情况下通过链式传输将数据传输到基站。
该协议通过最小化传输功率和距离来延长网络寿命。
2. SEP（Stable Election Protocol）SEP是一种能量稳定的分簇协议，通过轮流的方式选择簇首节点。
在SEP中，每个节点有一个能量阈值，当能量低于阈值时，节点将成为簇首并将其能量转移到其他节点上。
无线传感器网络的路由协议
无线传感器网络的路由协议无线传感器网络（Wireless Sensor Network，简称WSN）是由大量分布式无线传感器节点组成的网络，用于感知环境、采集数据并传输给终端节点。
由于传感器节点资源有限，传统的路由协议在WSN中不适用。
因此，研究人员开展了大量的工作，提出了许多适用于WSN的路由协议。
以下是WSN常见的路由协议：基于平面的路由协议将传感器节点所处的平面划分为不同的区域，利用区域之间的连接关系进行数据传输。
其中一种经典的基于平面的路由协议是LEACH（Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy），它基于分簇的思想将传感器节点分为不同的簇，每个簇有一个簇首节点负责数据聚合和传输。
基于层次的路由协议是WSN中常见的一种路由方式，它将节点组织成多个层次。
每个层次中的节点具有不同的功能和职责。
经典的基于层次的路由协议包括TEEN（Threshold-sensitive Energy Efficient Sensor Network）和PEGASIS（Power-Efficient Gathering in Sensor Information Systems）。
基于多跳的路由协议允许节点通过中转节点将数据传输到目的节点，从而延长网络的传输范围。
常见的基于多跳的路由协议包括SPIN（Sensor Protocols for Information via Negotiation）和Directed Diffusion。
SPIN协议利用分布式算法对节点进行数据交换和传输，Directed Diffusion协议则通过沿着数据梯度传播的方式进行数据传输。
由于传感器节点能量有限，基于能量的路由协议非常重要。
这些协议通过考虑节点能量状态来决定数据传输路径，以延长网络的生命周期。
例如，E-SEP（Energy-Efficient Stable Election Protocol）、GEDIR （Gateway-Efficient, Deterministic and Energy-Aware Routing）和ENERGY-LL（Energy-Efficient, Low Latency Routing）都是基于能量的路由协议。
wsn路由协议的分类
wsn路由协议的分类WSN（Wireless Sensor Network，无线传感器网络）是一种特定的无线网络，用于收集和传输环境数据。
在WSN中，多个传感器节点通过无线通信连接到一个中央节点，它们可以在自己的位置上收集环境信息。
WSN可以应用于环境监测、智能家居、工业控制等领域，它们的设计和部署需要考虑多种因素，包括能源消耗、网络传输协议、节点容量等。
在WSN中，路由协议是非常重要的组成部分。
它定义了网络中如何传输数据、如何路由数据和如何维护网络拓扑结构等问题。
下面我们来介绍WSN路由协议的分类。
一、层次路由协议层次路由协议是WSN中最常见的路由协议之一。
它将网络分为多个层次，每个层次由一组节点组成。
每层节点负责收集邻居节点的信息，将信息传递给上一层的节点。
最终将数据从最底层节点传递到中央节点。
层次路由协议具有灵活性和可扩展性，它可以适应大规模、复杂的WSN应用。
除此之外，由于每个节点只需要跟它的邻居节点通信，因此能源消耗比较低，寿命也比较长。
二、平面路由协议平面路由协议是一种比较简单的路由协议，它将所有节点都放在同一平面中。
平面路由协议将网络分为多个区域，每个区域由若干个节点组成。
在网络中，每个节点都有自己的地址，并且知道其周围节点的位置。
平面路由协议的特点是路由路径较短，能够降低网络延迟和能耗。
然而，平面路由协议缺乏对网络拓扑的全局视图，因此可能会导致路由路径不稳定或重复。
三、基于协同过滤的路由协议基于协同过滤的路由协议是一种新型的WSN路由协议。
它主要利用节点之间相似性来建立路由路径。
通过比较节点之间的通信频率和数据传输量，努力找到稳定的、可靠的节点组合。
基于协同过滤的路由协议能够最大程度地减少网络延迟和路由路径的复杂性，同时也能够有效降低能源消耗。
四、地理路由协议地理路由协议是一种基于节点位置的路由协议。
地理路由协议通常是基于两个节点之间的距离来定义路由路径。
具体来说，它使用节点GPS坐标或距离测量来确定节点之间的位置。
WSN协议分类
WSN的路由协议分类2011年11月07日14:03 来源：本站整理作者：秩名我要评论(0) 目前国内外科研人员已设计了多种面向WSN的路由协议，将其分为四类：以数据为中心的、分层次的、基于位置的、基于数据流模型和服务质量（QoS）要求的。
（1）以数据为中心的路由协议此类路由协议是基于查询和目标数据命名之上的，通过数据融合减少冗余的数据传输。
①Flooding协议和Gossiping协议：这是两个最经典和简单的传统网络路由协议，在Flooding协议中，节点产生或收到数据后向所有邻节点广播，数据包直到过期或到达目的地才停止传播。
该协议具有严重缺陷：内爆（implosiON），节点几乎同时从邻节点收到多份相同数据；交叠（overlap），节点先后收到监控同一区域的多个节点发送的几乎相同的数据；资源利用盲目（resource blindness），节点不考虑自身资源限制，在任何情况下都转发数据。
Gossiping协议是对Flooding协议的改进，节点将产生或收到的数据随机转发，避免了内爆，但增加了时延。
这两个协议不需要维护路由信息，也不需要任何算法，简单但扩展性很差。
②SPIN协议：SPIN（sensor protocols for inf°rmatlon vla negotiation）协议节点利用三种消息进行通信：数据描述ADV、数据请求REQ和数据DATA。
该协议以抽象的元数据对数据进行命名，命名方式没有统一标准。
节点产生或收到数据后，用包含元数据的ADV 消息向邻节点通告，需要数据的邻节点用REQ消息提出请求，然后将DATA消息发送到请求节点。
该协议的优点是ADV消息减轻了内爆问题；通过数据命名解决了交叠问题；节点根据自身资源和应用信息决定是否进行ADV通告，避免了资源利用盲目问题；与Flooding 协议和Gossiping协议相比，有效地节约了能量。
其缺陷是：SPIN的广播机制不能保证数据的可靠传送，当产生或收到数据的节点的所有邻节点都不需要该数据时，将导致数据不能继续转发，以致较远节点无法得到数据；而当某sink点对任何数据都需要时，其周围节点的能量容易耗尽。
第8讲WSN路由协议精品PPT课件
2021/2/1
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8.2 性能指标及设计原则
1.需要综合考虑下列性能指标：
能量有效性及网络生命周期
可扩展性 为了适应网络拓扑的动态变化、实现大量节点的协同工作
容错性 由于外界环境的影响、敌方的恶意破坏以及节点自身能量
耗尽等因素，常常导致部分传感器节点失效。
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快速收敛
收敛是指所有担当路由器的节点在判断最佳 路径时信息更新达到一致的过程。收敛慢的 路由算法可能会导致路径循环或网络中断。
❖ 缺点：SPIN 协议中有可能会出现数据盲点。而且 当网络规模较大时，仍然会出现ADV消息的内爆问 题。
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（4）Directed Diffusion 协议
❖ Directed Diffusion是以数据为中心、查询驱动的路 由协议。
❖ 分为三个阶段： 兴趣（interest）扩散阶段、 梯度(gradient)建立阶段、 路径加强阶段。
基于 位置 路由 协议
基于 QoS 路由 协议
图2.1 无线传感器网络路由协议分类
2021/2/1
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❖ 层次路由协议的基本思想是：将网络节点进 行分簇，其拓扑结构是层次型的，每簇由一 个簇头节点及若干簇成员节点组成。簇头节 点担任各簇的数据收集、处理和转发任务。
❖ 层次路由通过分簇提高了网络可扩展性，降 低了节点能耗，延长了网络生命周期。
➢ 簇的建立阶段又包括簇头的选举以及簇的形成这 两部分。
➢ 稳定的数据传输阶段结束后，即进入下一“轮”的 簇的建立阶段，整个网络开始下一“轮”的工作周 期。
➢ LEACH协议将传感器节点划分成不同的簇，每簇选 举一个节点为簇头，其余节点为簇内节点。簇内节 点将数据发送给本簇的簇头节点，簇头节点收集簇 内信息进行数据处理后再发送给sink节点。
WSN(路由协议)
• 定向扩散最大的特点是引入梯度的概念，优势在于扩
散过程中能够根据经验选取较好的路径以实现节能。
使用查询机制按需建立路由，避免了保存全网信息。 适用于持续性查询的应用，而不适用于一次性查询应 用。
谣传路由
• 在有些数据传输量较小的无线传感器网络应用中，如
果采用定向扩散路由，需要经过查询消息的泛洪传播
定向扩散路由
• Directed Diffusion for Wireless Sensor Networking • 汇聚节点将查询任务封装成兴趣消息（Interest）的形 式，采用泛洪方式传播兴趣消息到其他节点，兴趣消息 用来表达用户对监控区域内感兴趣的信息，例如监控区 域内的温度、湿度和光照等环境信息。在兴趣消息的传 输过程中，协议逐跳地在每个节点上建立反向的从数据 源到汇聚节点的数据传输梯度。节点将采集到的数据沿 着梯度方向传送到汇聚节点。
泛洪式（Flooding）路由协议
Flooding一种古老的协议。没有任何路由算法，不需 要维护网络的拓扑结构和路由计算，接收到消息的节 点以广播形式转发数据包给所有的邻节点。每一个相
邻节点又将其传输给各自的每一个邻居节点，一直到
将数据传输给目标节点为止，或者为该数据所设定的 生存期限变为0为止。
A
A
A
A
B节点融合新数据，并通过 ADV发布新数据消息
SPIN协议评价
优点
部分解决了内爆和重叠问题 不需要进行路由维护 对网络拓扑变化不敏感，可用于移动WSN
缺点
本质上SPIN还是向全网扩散新消息，开销比较大
SPIN协议族（Protocol Family）
SPIN-PP
For networks using point-to-point transmission media Ideal conditions assumed with no packet loss
无线传感网络中的拓扑控制与路由协议比较研究
无线传感网络中的拓扑控制与路由协议比较研究无线传感网络（Wireless Sensor Network, WSN）是由大量分布在空间中的无线传感器节点组成的网络。
这些节点可以感知周围环境的信息，并将其传输给其他节点或基站。
拓扑控制和路由协议是WSN中关键的技术，对于网络的性能和能耗有着重要影响。
本文将对WSN中常用的拓扑控制和路由协议进行比较研究。
一、拓扑控制拓扑控制是指在WSN中建立和维护节点之间的连接关系，以构建合适的网络拓扑结构。
常见的拓扑控制方法有静态和动态两种。
静态拓扑控制常用的方法是基于位置的方法。
节点根据自身的位置信息，选择与其相邻的节点进行通信。
这种方法简单直观，但对节点位置信息要求较高，且不能适应网络拓扑的动态变化。
动态拓扑控制方法根据网络的需求和特点，动态地调整节点之间的连接关系。
其中，最小生成树（Minimum Spanning Tree, MST）是一种常用的动态拓扑控制算法。
MST算法通过选择一棵树，使得网络中所有节点都能够连通，并且树的总边权最小。
这种方法可以适应网络拓扑的变化，但在大规模网络中计算复杂度较高。
二、路由协议路由协议是指在WSN中确定数据传输路径的方法。
常见的路由协议有平面路由、分层路由和基于位置的路由。
平面路由是指所有节点在同一层次上进行通信，数据通过多跳传输到达目的地。
常见的平面路由协议有LEACH、PEGASIS等。
这种路由协议简单易实现，但在大规模网络中，会出现能耗不均衡和网络拥塞的问题。
分层路由是将网络分为多个层次，每个层次中的节点负责不同的任务。
常见的分层路由协议有TEEN、APTEEN等。
这种路由协议能够提高网络的能耗均衡性和扩展性，但增加了网络的复杂性。
基于位置的路由是根据节点的位置信息确定数据传输路径。
常见的基于位置的路由协议有GEOCAST、GPSR等。
这种路由协议能够减少能耗，提高网络的可靠性，但对节点位置信息要求较高。
三、比较研究从拓扑控制和路由协议的角度来看，静态拓扑控制方法适用于节点位置固定的场景，但对节点位置信息要求较高。
物联网环境中的WSN路由协议研究
物联网环境中的WSN路由协议研究作者：郭学文来源：《中国新通信》 2018年第4期传感器作为现代物联网应用系统中非常重要的环节，是物联网获得数据信息的关键手段，因此，一定要注重传感器组织、数据信息传输的路由协议及算法。
目前，在已经存在的传感器网络路由和算法中，主要通过分簇方式设计路由，该种的饿昂视能够实现传感器网络数据传输的高效管理。
但是，以分簇算法为主的路由协议还存在一定问题，本文在此基础上进行分析，并深入研究了物联网环境下WSN 路由协议，希望对有关单位起到一定帮助。
一、WSN 路由协议分析现阶段，从网络形式下的拓扑结构进行分析，WSN 中的路由协议主要包括两种，分别为平面路由协议和分层路由协议。
对于平面路由协议来说，所有传感器节点所形成的网络逻辑结构都是平面结构，而且不同节点之间相互平等，不存在级别上的差异，通过局部操作和各种反馈信息完成路由数据和信息的转发。
反之，分层路由协议中的传感器网络由多个簇组成，而且每个簇中都包括簇首和簇成员，在这种情况下，簇首不仅要负责簇内信息的收集和处理，还要进行数据、信息的接受和转发，导致节点能力消耗迅速。
因此，为了能够延长无线网络的使用寿命，一定要对簇首节点的选择加以重视，从而顺利解决网络节点能量消耗问题[1]。
二、分层路由协议中存在的问题通过对WSN 路由协议进行分析，可以得出分层路由协议中仍然存在一些问题，其中主要包括以下几点：① 对于簇首节点在簇结构中的位置以及簇首消耗问题没有深入分析，而且在确定簇首时，如果其位置在整个结构的边缘，那么将会消耗较多的能量，对无线传感器网络的生存周期造成严重影响。
② 对于所有网络节点的部署而言，没有深入考虑节点分布密度不均匀时对簇首能量消耗所造成的影响。
在传感器网络运行过程中，如果遇到节点分布比较大的区域，簇首节点数据通信及传输量也会增大，同样会导致较多的能量消耗。
③ 在分层路由协议下确定簇首之后，都要重新确定簇结构中的成员，在这种情况下，动态化的分簇算法就会致使网络中的拓扑结构不断转变，需要大量增加广播通信业，使整个无线传感器网络中消耗过多的能量。
无线传感器网络中的路由协议与拓扑控制研究
无线传感器网络中的路由协议与拓扑控制研究无线传感器网络（Wireless Sensor Networks，简称WSN）是信息技术与传感器技术相结合的产物，被广泛应用于环境监测、智能农业、智能交通等领域。
在WSN中，节点间的通信是通过路由协议和拓扑控制来完成的。
路由协议用于确定数据的传输路径，拓扑控制则决定节点间的连接关系。
本文将探讨WSN中的路由协议与拓扑控制的研究进展和相关问题。
一、路由协议路由协议是WSN中最关键的技术之一，它决定了数据在网络中的传输路径。
常见的路由协议有多跳协议和基于地理位置的协议。
多跳协议是一种通过多跳传输数据的协议，它适用于网络中节点密集、能量消耗均匀的场景。
其中，最常用的是LEACH（Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy）协议。
LEACH协议以集群为基本单位，将网络划分为多个簇，每个簇选举出一个簇头节点来负责数据传输。
这样能够减少网络中节点的能量消耗，延长网络寿命。
然而，多跳协议的问题在于网络的吞吐量较低，在网络规模较大时会出现网络拥塞和延迟较高的情况。
基于地理位置的协议则是根据节点的地理位置信息来确定数据的传输路径。
其中，最典型的是GPSR（Geographic and Energy Aware Routing）协议。
GPSR协议利用节点的GPS定位信息来构建网络拓扑，通过选择距离目标节点更近的节点进行数据传输，降低能量消耗，提高网络的吞吐量和时延性能。
然而，基于地理位置的协议对于节点位置信息的准确性和网络规模的扩展性有一定的要求，也容易受到地理环境的影响。
二、拓扑控制拓扑控制是指在WSN中对节点之间的连接关系进行调整和优化，以提高网络的可靠性和性能。
常见的拓扑控制技术有链路估计和拓扑修复。
链路估计技术通过对节点间通信链路的质量进行评估和预测，根据链路质量对节点进行选择和排列。
其中，ETX（Expected Transmission Count）是一种常用的链路估计指标，用于评估节点间的信号强度、干扰和误码率等参数，从而选择可靠的链路进行数据传输。
典型的WSN路由协议
典型的WSN路由协议无线传感器网络(WSN)是一种由大量分布在特定区域内的无线传感器节点组成的网络系统。
WSN被广泛应用于环境监测、农业、医疗保健和军事等领域。
在WSN中，传感器节点通常具有有限的能量供应和计算能力，因此需要高效的路由协议来确保数据的可靠传输和网络寿命的最大化。
下面介绍几种典型的WSN路由协议：1. LEACH (Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy)LEACH协议是一种典型的集群协议，在WSN中广泛应用。
LEACH协议将网络节点分为若干个集群，每个集群选择一个临时的簇首节点来进行数据聚集和传输。
其他节点将数据发送到簇首节点，从而减少网络中节点之间的直接通信，降低能量消耗。
LEACH协议通过定期选举新的簇首节点来平衡网络中各节点的负载，从而延长网络寿命。
2. AODV (Ad-hoc on Demand Distance Vector)AODV协议是一种广泛使用的基于距离向量的路由协议，适用于动态网络环境。
AODV协议中的节点通过广播请求来查找目标节点，并构建临时的路由表以进行数据传输。
AODV协议支持多跳传输，节点只需要知道相邻节点的存在和距离，而不需要全局网络拓扑信息。
该协议具有较低的资源消耗和快速的路由建立速度。
3. DSR (Dynamic Source Routing)DSR协议是一种基于源节点的路由协议，在WSN中被广泛应用。
DSR 协议中的节点通过缓存已知的路由信息来提高数据传输效率。
当源节点要发送数据时，将构建一条路由路径，并将该路径传递给目标节点。
中间节点会缓存已经知道的路由信息，以便下次路由选择时直接使用。
DSR协议适用于小型WSN网络，能够提供快速的路由发现和适应快速变化的网络拓扑。
4. TEEN (Threshold sensitive Energy Efficient sensor Network)TEEN协议是一种面向事件驱动的路由协议，在需要主动检测环境事件的应用中效果较好。
WSN中基于代价函数的机会路由协议
WSN中基于代价函数的机会路由协议无线传感器网络（WSN）是一个由许多节点组成的自组织网络，这些节点在没有中央控制的情况下协同工作。
在WSN中，节点经常需要互相通信以共享信息和协调任务。
由于资源限制，节点之间的通信常常是有限的。
因此，为了实现高效的通信，需要一种机制来选择最佳的路由路径。
基于代价函数的机会路由协议（Opportunistic Routing Protocol Based on Cost Function，ORP-BCF）是一种WSN路由协议，它主要通过计算路径的代价来选择最佳的路由路径。
该协议基于两个主要假设：第一个假设是在许多通信机会中，同一数据包可以被多次传输，因此，一个节点可以利用不同的通信机会来发送相同的数据包，并且可以挑选最好的传输结果。
第二个假设是选定的路由路径可以在数据包丢失时进行重新发送，以便保证传输的可靠性。
ORP-BCF协议如下工作：首先，发送节点将数据拆分成若干个小数据包，并将它们标识为数据包一、二、三等等。
每个数据包都会存储一个代价负荷（Cost Payload），这个负荷表示了数据包的路由路径和能量消耗。
然后发送节点将这些数据包传输到周围的节点，这些节点将接收到的数据包存储在它们的缓存中。
当缓存中的数据包超过一定数量时，节点将执行选择路由路径的过程。
在选择路由路径过程中，节点比较缓存中的数据包并选择具有最低代价负荷的数据包，该数据包即为“获胜者”。
然后，该节点发送一个ACK给发送节点，表示已经选择了路由路径，并请求发送节点将这个获胜者数据包发送到该节点。
一旦发送节点接收到ACK，它将该数据包从存储器中删除，并向获胜者发送该数据包。
在向获胜者发送数据包时，发送节点会向该节点广播一个信息，以便其他节点知道数据包已被发送。
当其他节点接收到广播信息时，它们检查自己的缓存是否包含相同的数据包。
如果是，则它们将删除该数据包，以减少网络中储存相同数据包的数量。
此外，接收节点将代价负荷更新为包括从发送节点到接收节点的路由代价。
WSN的路由协议
传感器网络体系结构传感器网络通常包括传感器节点，汇聚节点和管理节点。
传感器节点任意的分布在某一监测区域内，节点以自组织的形式构成网络，通过多跳中继方式将监测数据传送到汇聚节点，最后通过Internet或其他网络通讯方式将监测信息传送到管理节点。
同样的，用户可以通过管理节点进行命令的发布，告知传感器节点收集监测信息。
传感器节点是一个具有信息收集和处理能力的微系统，集成了传感器模块、信息处理模块、无线通讯模块和能量供应模块。
传感器模块负责监测区域内信息的采集和转换，信息处理模块负责管理整个传感器节点、存储和处理自身采集的数据或者其他节点发送来的数据，无线通讯模块负责与其他传感器节点进行通讯，能量供应模块负责对整个传感器网络的运行进行能量的供应。
传感器能量的供应是采用电池，节点能量有限，考虑尽可能的延长整个传感器网络的生命周期，在设计传感器节点时，保证能量供应的持续性是一个重要的设计原则。
传感器节点能量消耗的模块主要是包括传感器模块、信息处理模块和无线通讯模块，而绝大部分的能量消耗是集中在无线通讯模块上，约占整个传感器节点能量消耗的80%。
因此，目前提出的传感器节点通讯路由协议主要是围绕着减少能量消耗延长网络生命周期而进行设计的。
在无线传感器网络中，路由协议不仅关心单个节点的能量消耗，更关心整个网能量的均衡消耗，这样才能延长整个网络的生存期。
同时，无线传感器网络是以数据为中心的，这在路由协议中表现的最为突出，每个节点没有必要采用全网统一的编址，选择路径可以不用根据节点的编址，更多的是根据感兴趣的数据建立数据源到汇聚节点之间的转发路径。
目前提出了很多类型的传感器网络路由协议，就是基于上述的目的。
无线通讯网络路由协议相对于传统无线通讯网络而言，传统无线通讯网络研究的重点放在无线通讯的服务质量(QoS)上，而无线传感器节点是随机分布，电池供电，因此目前无线传感器网络路由协议的研究重点是放在如何提高能量效率上，当前流行的几个无线传感器网络的路由协议如下：泛洪协议泛洪(Flooding)协议[2]是一种传统的无线通讯路由协议。
WSN 路由协议介绍
1．1 协议分类
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划分路由协议种类有不同的标准。按是否需要外界辅助的地理信息准则，可划分为基 于地理位置信息的协议和非基于地理位置信息的协议；按照网络中数据发送模式，路 由机制可以相应地采用适合周期性地发送数据连续模式、事件驱动模式、请求驱动模 式、事件驱动和请求驱动混合模式的协议；按照网络路由是否动态生成，可划分为表 驱动路由协议和按需路由协议等。下面介绍各个协议的工作方式。 SPIN 采用广告、请求、数据三种消息类型。节点A 在发送DATA 数据包之前，会对外 采用泛洪方式广播ADV 包，若某个节点B 希望接受要传来的数据，向A 回复REQ 数据 包。A 将向B 发送数据包。GPSR 对节点位置进行了统一编址。选择邻居节点中离数 据包目的节点更近的点作为转发节点。当数据到达没有比当前节点更接近目的节点的 区域（空洞），数据无法传输。可利用平面图解决空洞问题。 DIRECTED DIFFUSION 路由过程分为请求、梯度建立和路径加强三阶段。请求含有 目标区域、数据发送速率等参数。节点接收到请求后，若当前请求缓存中没有相同的 请求记录，加入新记录。记录中包含了相邻节点数据发送率，称“梯度”。当请求扩 散整个网络后，选择“梯度”最大的路径将反向把数据快速路由。模拟过程如图1 所示 GEAR 发出请求后，数据扩散过程包括目标域传送和域内传送。若在目标区域传输遇 到空洞现象，则根据开销函数选择开销最小的邻居作为下一跳节点。在域内传送阶段， 主要是通过两种方式（泛洪、区域递归）使数据在域内扩散。LEACH 随机选择簇头， 普通节点按接收到信号强弱加入簇层。簇层内节点单跳与簇头通讯，簇头与汇聚节点 通讯。TEEN 划分出多级簇层结构。子簇头单跳和父簇头通讯。PEGASIS 在网络中节 点中采用算法构造一个数据链，各个节点向靠近唯一网络簇头的邻居发送、接收其他 节点传来的数据。
wsn路由协议
PPT构成
1.WSN的体系结构 2.路由协议的定义 3.WSN的特点及对路由设计的影响 4.路由协议的关键问题分析 5.路由协议的分类 6.典型路由协议及其比较 7.WSN的OS,tinyos和nesc 8.举例：Tinyos中的multi-hop routing LEPS 协议实现 9.程序分析:LEPS-FMAC
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
此外还有“地域多播（geocast）”的业务模式 WSN中，用户可能对一个地理信息区域内的信息感兴趣，因此需要把查询和命令 发送到该区域内的所有节点。以洪泛方式可以支持这种业务，但是开销太大。针对 这种模式设计了以下一些路由协议： LBM：基于位置的多播协议 Voronoi diagram and convex hull based geocasting and routing：基于Voronoi图和
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，
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
5.能量受限、结构简单的节点
Node大都由电池供电，电池体积小， 能量有限且难以更换 许多场合需要WSN连续工作数年甚 至更长。 Node结构简单，存储、处理、通信 能力低，单个节点可靠性差。要求协 议尽可能简单，具有容错性
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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。
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。
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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:
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
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
• 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
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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。
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
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
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
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
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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
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路由协议分类协议要求
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
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
– 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。