WSN协议分类
无线传感器网络的组网技术详解
无线传感器网络的组网技术详解无线传感器网络（Wireless Sensor Network，简称WSN）是由大量分布在空间中的无线传感器节点组成的网络系统。
这些节点能够感知环境中的各种物理量，并将采集到的数据通过网络传输到目标位置。
无线传感器网络在农业、环境监测、智能交通等领域具有广泛的应用前景。
而组网技术是无线传感器网络中至关重要的一环，它决定着网络的可靠性、稳定性和性能。
一、无线传感器网络的组网模式无线传感器网络的组网模式有两种：平面型组网和立体型组网。
1. 平面型组网平面型组网是指节点在平面上均匀分布的组网模式。
节点之间的通信距离较近，通信路径较短，能够有效降低传输延迟和能量消耗。
平面型组网适用于需要对平面区域进行全面监测的场景，如土壤湿度监测、温度监测等。
2. 立体型组网立体型组网是指节点在三维空间中分布的组网模式。
节点之间的通信距离相对较远，通信路径较长，需要更强的通信能力和能量支持。
立体型组网适用于需要对三维空间进行全面监测的场景，如建筑结构监测、地震预警等。
二、无线传感器网络的组网拓扑结构无线传感器网络的组网拓扑结构有多种，常见的有星型结构、树型结构和网状结构。
1. 星型结构星型结构是指所有节点都直接连接到一个中心节点的组网模式。
中心节点负责数据的汇聚和转发，具有较高的通信能力。
星型结构简单、稳定，适用于小规模的传感器网络。
2. 树型结构树型结构是指节点之间通过父子关系构成的层级结构。
树型结构中每个节点只与其父节点和子节点直接通信，数据通过树形结构传输。
树型结构适用于大规模的传感器网络，能够有效减少通信开销。
3. 网状结构网状结构是指节点之间通过多跳通信形成的网状网络。
每个节点都可以与其他节点直接通信，数据通过多跳传输。
网状结构具有较高的灵活性和容错性，适用于复杂环境下的传感器网络。
三、无线传感器网络的组网协议无线传感器网络的组网协议有多种，常见的有LEACH协议、TEEN协议和PEGASIS协议。
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。
物联网讲座06WSNMAC协议5439825
（1）周期性侦听和睡机制 S-MAC协议将时间分为帧，帧长度由应用程序决定。帧内分监听工作阶段和睡眠阶段。监听/睡眠阶段的持续时间要根据应用情况进行调整。当节点处于睡眠阶段时，关闭无线电波，以节省能量。当然节点需要缓存这期间收到的数据，以便工作阶段集中发送。
具有相同调度的节点形成一个所谓的虚拟簇，边界节点记录两个或多个调度。如果传感器网络的部署范围较广，可能形成众多不同的虚拟簇，使得S-MAC协议具有良好的可扩展性。 为了适应新加入节点，每个节点要定期广播自己的调度信息，使新节点可以与已经存在的相邻节点保持同步。如果节点同时收到两种不同的调度，如图所示的处于两个不同调度区域重合部分的节点，那么这个节点可以选择先收到的调度，并记录另一个调度信息。
SMAC协议-前提条件和基本思想
前提条件数据量少，可进行数据的处理和融合节点协作完成共同的任务网络可以容忍一定程度的通信延迟基本思想周期性睡眠和监听 ；协商一致的睡眠调度机制（虚拟簇）自适应的侦听机制，减少信息的传输延迟带内信令来减少重传和避免监听不必要的数据消息分割和突发传递机制来减少控制信息的开销和消息的传递延迟
随机退避时间按下面公式进行计算： 退避时间=Random()×aSlottime 其中，Random()是在竞争窗口[0，CW]内均匀分布的伪随机整数；CW是整数随机数，它的数值位于标准规定的aCWmin和aCWmax之间；aSlottime是一个时槽时间，包括发射启动时间、介质传播时延、检测信道的响应时间等。
S-MAC
典型MAC协议：S-MAC协议
这里介绍一种适用于无线传感器网络的比较典型的MAC协议，即S-MAC协议(Sensor MAC)。这种协议是在802.1l MAC协议的基础上，针对传感器网络的节省能量需求而提出的。 S-MAC协议的适用条件是传感器网络的数据传输量不大，网络内部能够进行数据的处理和融合以减少数据通信量，网络能容忍一定程度的通信延迟。它的设计目标是提供良好的扩展性，减少节点能耗。
WSN
1.WSN体系包括哪些部分？？各部分的功能是什么？一个典型的传感器网络的体系结构包括：分布式传感器节点、接收发送器、互联网和用户操作界面无线传感器网络中的节点通过飞机播撒或人工部署等方式，密集部署在感知对象的内部或附近。
这些节点通过自组织方式构建无线网络，以协作方式感知、采集和处理网络覆盖区中特定信息，实现对任意地点信息在任意时间的采集、处理和分析。
2。
简述wsn的osi模型即五层协议栈，各层的主要功能。
物理层，数据链路层，网络层，传输层，应用层（1）．物理层：负责信号的调制和数据的收发，所采用的传输介质主要有无线电、红外线、光波等。
WSN推荐使用免许可证频段（ISM）。
物理层的设计既有不利因素，例如传播损耗因子较大，也有有利的方面，例如高密度部署的无线传感器网络具有分集特性，可以用来克服阴影效应和路径损耗。
（2）. 数据链路层：负责数据成帧、帧监测、媒体接入和差错控制。
其中，媒体接入协议保证可靠的点对点和点对多点通信；差错控制则保证源节点发出的信息可以完整无误地到达目标节点。
（3）. 网络层：负责路由的发现和维护，由于大多数节点无法直接与网关通信，因此需要通过中间节点以多跳路由的方式将数据传送至汇聚节点。
而这就需要在WSN节点与接收器节点之间多跳的无线路由协议。
（4）. 传输层：负责数据流的传输控制，主要通过汇聚节点采集传感器网络内的数据，并使用卫星、移动通信网络、Internet或者其他的链路与外部网络通信，是保证通信服务质量的重要部分。
（5）. 应用层：由各种面向应用的软件系统构成。
主要研究的是各种传感器网络应用的具体系统的开发，例如：作战环境侦查与监控系统，情报获取系统，灾难预防系统等等3.简述无线网络介质访问控制方法CSMA\CA的工作原理。
冲突避免的载波侦听多路访问，发送包的同时不能检测到信道上有无冲突，只能尽量…避免‟1.想发送信息的接点首先“监听”信道，看是否有信号在传输。
如果信道空闲，就立即发送。
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。
leach协议
leach协议协议名称：Leach协议1. 引言Leach协议是一种用于无线传感器网络（WSN）中能量有效的分簇路由协议。
本协议旨在通过将无线传感器节点分为集群（cluster）并选择一个临时的簇首（cluster head）来减少能量消耗，延长整个网络的生命周期。
本协议的目标是提高网络的能量效率、减少能量消耗不均衡以及降低传输延迟。
2. 定义2.1 无线传感器网络（WSN）：由大量分布在特定区域内的无线传感器节点组成的网络，用于收集、处理和传输环境数据。
2.2 集群（Cluster）：由一组相邻的传感器节点组成的子网络，其中一个节点被选为簇首。
2.3 簇首（Cluster Head）：每个集群中被选为临时簇首的节点，负责收集集群内节点的数据并将其传输到基站。
2.4 基站（Base Station）：无线传感器网络中的中心节点，负责接收和处理从簇首传输的数据。
3. 协议流程3.1 集群形成阶段3.1.1 初始化：每个传感器节点根据预先设定的概率p选择是否成为簇首。
概率p可以根据网络规模和能量消耗平衡要求进行调整。
3.1.2 簇首选择：传感器节点根据其剩余能量大小选择成为簇首。
能量越高的节点被选为簇首的概率越大。
3.1.3 集群形成：每个非簇首节点选择距离最近的簇首节点进行关联，形成集群。
3.2 数据传输阶段3.2.1 数据采集：每个传感器节点根据预设周期采集环境数据，并将数据发送给其所属的簇首。
3.2.2 聚合与压缩：簇首节点收集来自其所属节点的数据，并进行聚合与压缩，减少数据量。
3.2.3 数据传输：簇首节点将聚合后的数据传输给基站，可以采用多跳传输或直接传输的方式。
3.3 能量平衡机制3.3.1 簇首轮流：为了避免某些簇首节点能量过早耗尽，每个簇首节点在每一轮中轮流充当簇首的角色。
3.3.2 簇首重新选择：当簇首能量低于一定阈值时，重新选择簇首节点，以平衡能量消耗。
3.3.3 节点睡眠：非簇首节点在完成数据传输后，可以进入睡眠状态以节省能量。
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。
WSN第05章、路由协议
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
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？）
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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 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。
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 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。
WSN网络通信协议的应用
WSN网络通信协议的应用无线传感器网络（WSN）是一种由许多小型、低功耗、成本较低的无线传感器组成的网络，它可以将从环境中收集到的数据发送到远程位置。
WSN广泛用于环境监测、智能交通、农业生产、医疗保健等领域，由此也需要各种各样的通信协议来保证网络传输的稳定性、可靠性和安全性。
WSN网络通信协议有很多种，下面简要介绍一些常用的通信协议及其应用。
1. ZigBee协议ZigBee是专为WSN设计的低功率、短距离、低速率的通信协议。
它的优点是能够在设备之间建立相对稳定的连接，并具有高可靠性和低功耗等特点。
在智能家居、医疗卫生、安全保卫等领域广泛使用。
例如，它被广泛应用于家庭自动化系统中的智能电器，如开关、照明、电视等设备的无线控制。
2. Bluetooth协议作为一种短距离的无线个人局域网（WPAN）技术，蓝牙技术可以实现高速率、无线连接的通信，广泛应用于手机、电脑等设备中。
在WSN通信中，蓝牙技术被用于无线传感器的数据收发。
例如，在健康监测领域中，蓝牙技术用于无线传感器设备和手机之间的数据传输，可以帮助医生更好地监控患者的身体状况。
3. Wi-Fi协议Wi-Fi协议是一种短距离无线局域网（WLAN）技术，具有更高的传输速率和更远的传输距离。
在WSN中，Wi-Fi技术被用于大型传感器网络，以实现更高的传输速率和更远的传输距离。
它可以在较远的距离上传输数据，并在传输过程中保持一定的可靠性，这在环境监测等领域中具有重要意义。
4. LoRa协议LoRa协议是一种低功耗、长距离的通信协议，它可以在最多15公里的距离内进行长期、高效、低功耗的数据传输。
它被广泛应用于物联网和传感器网络的场合。
例如，它可以在农业生产中用于监测气温、湿度、土壤含水量等数据，以帮助农民更好地管理农业生产。
总结来说，WSN网络通信协议的应用非常广泛，不同的应用场合需要不同的协议来保证网络的稳定性和可靠性。
在今后的发展中，随着人工智能、大数据等新兴技术的不断发展，WSN网络通信协议的应用也将不断地得到拓展和创新。
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。
2021/2/1
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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。
2021/2/1
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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
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第3章 MAC协议
②冲突（碰撞）：
如果两个节点同时发送，并相互产生干扰，则它们的传输都将失败 ，发送包被丢弃。此时用于发送这些数据包所消耗的能量就浪费掉
③控制开销：
为了保证可靠传输，协议将使用一些控制分组，如RTS/CTS，虽然 没有数据在其中，但是我们必须消耗一定的能量来发送它们；
④串扰（串音）：
侦听 TA
休眠
侦听 TA
休眠
侦听 TA
休眠
在活跃状态下，节点可能保持监听，也可能发送数据。当在 一个时间段内没有发生激活事件时，活跃状态结束，节点进 入睡眠状态。激活事件的定义如下：
(1)定时器触发周期性调度唤醒事件。 (2)物理层从无线信道接收到数据包。 (3)物理层指示有的无线信道忙。 (4)节点的DATA帧或ACK帧发送完成。 (5)通过监听RTS；CTS帧，确认邻居的数据交换已经结束。
（3）串扰避免
SMAC协议中，在RTS/CTS帧中部带有目的地址和本次通信 的持续时间信息，接收到该帧后，如果发现目的地址不是本 地地址，节点马上进入睡眠状态，并将此次通信的持续时间 存储到本地的NAV(Network Vacation Vector)中。NAV会随 着本地时钟的运行递减。在NAV值非零期间节点都处于睡眠 状态，这就很大程度避免了串扰数据包的接收，减少了能量 损耗。 S-MAC采用物理侦听，防止了冲突解决了隐藏节点的问题； 采用虚拟侦听，节点收到NAV的时候，立刻进入休眠状态， 解决了串音问题。
三种帧间间隔
当信道空闲时间大于 DIFS时使用信道
DIFS
信道忙
DIFS PIFS SIFS
竞争窗口
退避窗口 时间槽
下一帧 时间
推迟发送
CSMA/CA的基本访问机制
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
基于tinyos的wsn网络协议介绍
• components MainC;
EasyDisseminationC.Boot -> MainC;
• EasyDisseminationC.Boot -> MainC; components LedsC;
• components LedsC;
EasyDisseminationC.Leds -> LedsC;
• Rapid Propagation: When the network discovers motes that need updates, code must propagate rapidly. Propagation should not take more than a minute or two more than the time required for transmission, even for large networks that are tens of hops across. Code must eventually propagate to every mote.
• EasyDisseminationC.Leds -> LedsC; components new TimerMilliC();
• components new TimerMilliC();
EasyDisseminationC.Timer -> TimerMilliC;
• EasyDisseminationC.Timer -> TimerMilliC;
DIP在节点启动时就开启了无线电
•
//part 3
• components ActiveMessageC;
• EasyDisseminationC.RadioControl -> ActiveMessageC;
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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。
图1表示了SPIN协议的路由建立与数据传输。
图1 SPIN协议的路曲建立与数据传输③定向扩散（directed diffusion，DD）协议：DD协议用一组属性值命名它生成的数据。
为建立路由，sink节点在整个网络或部分区域内flooding包含查询任务的Interest消息；沿途节点按需对各Interest进行缓存与合并，并根据Interest计算、创建包含数据上报率、下一跳等信息的梯度（gradient），从而建立多条指向sink点的路径。
Interest中的地理区域内节点则按要求启动监测任务，并周期性地上报数据，途中各节点可对数据进行缓存与聚合；sink点可在数据传输过程中通过对某条路径发送上报间隔更小或更大的Interest，以增强或减弱数据上报率。
该协议的优点是：采用多路径，健壮性好；使用数据聚合减少了数据通信量；sink点根据实际情况采取增强或减弱方式有效利用能量；使用查询驱动机制按需建立路由，避免了保存全网信息。
其缺点是：不适合环境监测等应用；建立梯度开销很大，不适合多sink点网络；数据聚合采用时间同步技术，带来较大开销和时延。
图2表示了Directed Diffusion协议的路由建立过程。
图2 Directed Diffusion协议的路由建立过程④Rumor协议：Rumor协议引人了查询消息的单播随机转发。
当节点监测到事件后将其保存，并创建称为代理（Agent）的生命周期较长的包括事件和源节点信息的数据包，将其按一条或多条随机路径在网络中转发，收到Agent的节点根据事件和源节点信息建立反向路径，并将Agent再次随机发送到相邻节点，并可在再次发送前在Agent中增加其已知的事仵信息。
同时sink节点的查询请求也沿着一条随机路径转发，当两路径交叉时则路由建立；如不交叉，sink点可flooding查询请求。
该协议优点是：适用于多sink点、查询请求数目很大、网络事件很少的情况。
其缺点是：如果事件非常多，维护事件表和收发Agent 带来的开销会很大；且因Rumor协议使用随机方式生成路径，数据传输路径不是最优，甚至可能存在路由环路问题。
图3表示了Rumor协议中Agent路径与查询路径的交叉情形。
图3 谣传路由原理图（2）分层次的路由协议此类路由协议是让节点参与到特定的节点簇内的多跳通信，簇头再进行数据聚合，减少向sink节点传送的消息数量，从而达到节省能量和提高可扩展性的目的。
①低能量自适应聚簇分层（low energy adaptive clustering hierarchy，LEACH）协议的具体实现过程分两个阶段：成簇阶段和稳定阶段（即数据传输阶段），这两个阶段的时间总和为一轮（round）。
在成簇阶段，每个节点选取一个介于0和1之间的随机数，如果这个数小于某个阈值，该节点成为簇头；然后，簇头向所有节点广播自己成为簇头的消息，每个节点根据接收到广播信号的强弱来决定加人哪个簇，并回复该簇簇头。
在数据传输阶段，簇内的所有节点按照TDMA时隙向簇头发送数据，簇头将数据融合和计算。
在簇间，各簇头节点采用CSMA协议竞用通道，获得通道的簇头将融合的数据发给基站。
之后进行下一轮。
该协议优点是：随机选举簇头避免簇头过分消耗能量，提高了网络生存时间；数据聚合有效减少了通信量。
其缺点是：协议采用一跳通信，虽然传输时延小，但要求节点具有较大功率通信能力；扩展性差，不适合大规模网络；即使在小规模网络中，离sink点较远的节点由于采用大功率通信也会导致生存时间较短；而且频繁簇头选举引发的通信量耗费了能量。
②TEEN协议：节能的阈值敏感的传感器网络协议（threshold sensitive energy efficientsensor network protocol，TEEN），采用类似LEACH的分簇算法，该协议设置了硬、软两个门限，只有同时满足两个门限时节点才发送数据。
硬门限的初值由用户根据应用确定；软门限的初值为0。
在每轮簇头轮换的时候将两个阈值广播出去，当监测数据第一次超过设置的硬门限时，节点把这次数据设为新的硬门限，并在接下来的时隙内发送它。
之后，只有监测数据超过硬门限并且监测数据的变化幅度不小于软门限时，节点才会传送最新的监测数据，并将它设为新的硬门限。
通过设定两个门限值，在检测精度和系统能耗之间取得合理的平衡。
采用这样的方法，可以监视一些突发事件和热点地区，减少网络通信量。
但TEEN 存在两个缺陷：一是如果门限值不能达到，节点不会传送任何数据；二是数据一旦符合门限值要求，节点立即传送，容易造成信号干扰，如果采用TDMA，则会造成数据延迟。
③两层数据发布（two tler data dissemination，TTDD）协议：TTDD协议适用的环境为静止传感区域内的移动sink节点和多sink节点的情形。
当兴趣出现时，周围的节点选择其中一个节点作为源节点发送数据，源节点以自己作为一个格状网的交叉点构造一个格状网。
主要过程是：源节点先计算出相邻交叉点位置，利用贪婪算法请求最接近该位置的节点成为新交叉点，新交叉点继续该过程直至请求过期或到达网络边缘。
保存了事件和源节点信息的交叉点选作传输节点（dissem－Inatlon node）。
数据查询时，sink本地洪泛查询请求到最近的传输节点，此后查询请求在传输点间传播直至源节点，数据则反向传送到sink节点。
该协议的优点是：在传输过程中，传输节点对数据进行汇聚处理，减少了数据的传输开销；该协议采用单路径，与Diffusion协议相比，能够提高网络生存时间。
缺点是：节点必须知道自身位置；非sink点位置不能移动；要求节点密度较大；且子网的构造过于复杂，计算与维护格状网的开销较大；算法不具有能量感知功能。
（3）基于位置的路由协议此类路由协议利用节点的位置信息，把查询或者数据转发给需要的区域而不是整个网络，缩减数据的传送范围进而来降低能耗。
此外，设计时考虑了节点的移动性。
①地理自适应保真（geographical adaptive fidelity，GAF）路由协议：该协议主要为移动Ad Hoc网络设计，但是也用在传感器网络中。
该协议把监测区域划分成虚拟单元格，将节点按照位置信息划人相应的单元格；在每个单元格中定期选举产生一个簇头节点，只有簇头节点保持活动，其他节点进入睡眠状态。
在GAF中，节点轮流从睡眠状态变到工作状态，达到网络负载均衡。
为了处理节点的移动性，节点估算自己离开网格的时间并将之通知相邻节点，因而睡眠节点可以相应调整睡眠时间，在工作节点离开本网格之前醒来接替工作，从而保持路由精度。
GAF的优点是节点数量增加可大大提高网络寿命，同时它解决了节点移动性的问题。
但是GAF的缺陷是在节点稀疏的情况下的节能效果不好，而且网格簇头的选择是随机的，没有考虑节点剩余能量。
②能量感知（geographical and energy aware routmg，GEAR）路由协议：协议假设已知事件区域的位置信息，每个节点知道自己的位置信息和剩余能量信息，通过一个简单的Hello消息交换机制知道所有邻居节点的位置信息和剩余能量信息。
将数据分组传送到目标域中所有的节点分两个阶段：目标域数据传送和域内数据传送。
在目标域数据传送阶段，当节点接收到数据分组，它将邻接点同目标域的代价和自己与目标域的代价相比较，代价更小，贝刂选择最小代价的邻接点作为下一跳节点；若不存在更小代价，则认为存在路由空洞“hole”，节点将根据邻居的最小代价来选择下一跳节点。
在域内数据传送阶段，可通过域内直接洪泛和迭代的目标域数据传送这两种方式让数据在域内扩散直到目标域剩下唯一的节点。
GEAR的优点是：它将网络中扩散的信息局限到适当的位置区域中，减少了中间节点的数量，从而降低了路由建立和数据传送的能源开销，进而更有效地提高了网络的生命周期。
其缺点是依赖节点的GPS定位信息，成本较高。
（4）提供数据流和服务质量保障的路由协议此类协议在提供数据路由功能的同时满足通信服务质量要求，建立路由路径的同时考虑端对端的时延要求。
①有序分配路由策略（sequential asstgnment routmg，SAR）：SAR是首先在路由判决中将QoS考虑进去的WSNs路由协议。
SAR在每个节点与sink节点间生成多条路径，维护多个树结构，每个树以落在sink的有效传输半径内的节点为根向外生长，树干的选择需要满足一定的QoS要求和能量储各。
这样使大多数节点可能同时属于多个树，可任选某一采集树回到sink。