919660-无线传感器网络课件-第四章 路由协议
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《路由协议》课件
对未来学习与实践的建议
01
深入学习各种路由协议的原理与特点
为了更好地理解和应用路由协议，需要深入学习各种路由协议的原理与
特点，掌握其工作机制和应用场景。可以通过阅读相关教材、参加技术
培训、参与技术社区等方式进行学习。
02
实践操作与案例分析
通过实践操作和案例分析，可以更好地理解和应用路由协议。可以通过
详细描述
根据作用范围和应用场景的不同，路由协议可以分为内部网关协议（IGP）和外部网关协议（EGP）两类。内部 网关协议主要用于自治系统内部，如RIP、OSPF等；而外部网关协议主要用于不同自治系统之间的路由选择，如 BGP等。
路由协议的作用和重要性
总结词
路由协议的主要作用是自动发现和维护路由信息，确保数据包能够正确、高效地传输到 目标网络或主机。
路由协议通信方式
包括周期性更新、按需更新等，这些方式能够根据网络状况 和设备需求进行动态调整，提高网络通信效率和稳定性。
路由协议的路由算法
路由协议的路由算法分类
包括距离矢量算法、链路状态算法等，这些算法根据不同的网络状况和设备需 求进行选择和应用。
路由协议的路由算法特点
包括收敛速度快、路由路径优化等，这些特点能够提高网络通信效率和稳定性 ，降低网络拥塞和延迟。
确定网络拓扑结构
根据实际网络环境，确定路由器 和交换机的连接方式，绘制网络 拓扑图。
测试与验证
通过ping命令、traceroute等工 具测试路由协议的连通性和性能 。
路由协议的优化方法
调整路由协议参数
根据网络实际情况，调整路由 协议的参数，如Hello和Dead 时间、Cost值等，以提高路由
详细描述
路由协议在网络中扮演着至关重要的角色。通过自动发现和维护路由信息，路由协议能 够确保数据包能够沿着最佳路径传输到目标网络或主机。此外，路由协议还具有许多其 他功能，如路由汇总、策略路由、负载均衡等，这些功能能够提高网络的性能和可靠性
《无线传感器网络与物联网通信技术》教学课件 第4章 无线传感器网络安全技术 4.4 网络密钥管理
无线传感器网络与物联网通信技术
4.4 无线传感器网络密钥管理 基于成对密钥的预分配KMS
随机成对密钥方案在捕获任何节点时保护了网络其余部分的机密性，并启用了节点 到节点的身份认证和基于群体的撤销。在基于成对密钥的预分配KMS（Pair-Wise Key-based Pre-Distribution Key Management Schemes，PWK-PDKMS）中，在预 部署阶段，会生成一组唯一的节点标识，用于标识网络中的每个节点，这些身份通常使 用随机数生成器或其他确保唯一性的方法生成。一旦生成了节点身份，密钥就会以成对 的方式预先分发，这意味着每个节点都有一组唯一的密钥，用于与网络中的每个其他节 点进行通信，每对节点的密钥和该密钥的另一个节点的ID一起存储在两个节点的密钥环 中。每个节点都记录了它与网络中每个其他节点共享的密钥，以及与之通信的节点的ID， 当一个节点想要与另一个节点通信时，它可以在其密钥环中查找该对节点的密钥并使用 它来加密其消息。
KDC来生成和分配密钥； ➢ ② 安全性，由于密钥不需要在无线通信信道中传输，从而避免了密钥传输过
程中的安全问题； ➢ ③ 可扩展性，可以轻松地向网络中添加新节点； ➢ ④ 灵活性，通过使用密钥派生函数，节点可以生成新的密钥。
无线传感器网络与物联网通信技术
4.4 无线传感器网络密钥管理 4.4.3 就地密钥管理方案
一些研究工作对EG方案进行了改进，提出节点必须共享q个密钥而不是一个密钥。 与基本方案相比，该方案具有更好的安全性，如果两个节点在共享密钥的发现中无法创 建公共密钥，则这些节点与路径的中间节点形成路径密钥。总的说来，密钥管理方案都 可以分为两种类型： ➢ ① 在部署之前，在所有传感器节点之间分发密钥信息的预分配密钥管理方案； ➢ ② 在部署之前，不需要密钥信息的就地密钥管理方案。
4.4 无线传感器网络密钥管理 基于成对密钥的预分配KMS
随机成对密钥方案在捕获任何节点时保护了网络其余部分的机密性，并启用了节点 到节点的身份认证和基于群体的撤销。在基于成对密钥的预分配KMS（Pair-Wise Key-based Pre-Distribution Key Management Schemes，PWK-PDKMS）中，在预 部署阶段，会生成一组唯一的节点标识，用于标识网络中的每个节点，这些身份通常使 用随机数生成器或其他确保唯一性的方法生成。一旦生成了节点身份，密钥就会以成对 的方式预先分发，这意味着每个节点都有一组唯一的密钥，用于与网络中的每个其他节 点进行通信，每对节点的密钥和该密钥的另一个节点的ID一起存储在两个节点的密钥环 中。每个节点都记录了它与网络中每个其他节点共享的密钥，以及与之通信的节点的ID， 当一个节点想要与另一个节点通信时，它可以在其密钥环中查找该对节点的密钥并使用 它来加密其消息。
KDC来生成和分配密钥； ➢ ② 安全性，由于密钥不需要在无线通信信道中传输，从而避免了密钥传输过
程中的安全问题； ➢ ③ 可扩展性，可以轻松地向网络中添加新节点； ➢ ④ 灵活性，通过使用密钥派生函数，节点可以生成新的密钥。
无线传感器网络与物联网通信技术
4.4 无线传感器网络密钥管理 4.4.3 就地密钥管理方案
一些研究工作对EG方案进行了改进，提出节点必须共享q个密钥而不是一个密钥。 与基本方案相比，该方案具有更好的安全性，如果两个节点在共享密钥的发现中无法创 建公共密钥，则这些节点与路径的中间节点形成路径密钥。总的说来，密钥管理方案都 可以分为两种类型： ➢ ① 在部署之前，在所有传感器节点之间分发密钥信息的预分配密钥管理方案； ➢ ② 在部署之前，不需要密钥信息的就地密钥管理方案。
无线传感器网络参数优化与路由协议
无线传感器网络参数优化与路由协议第一章：引言在当今信息技术高速发展的时代，无线传感器网络（Wireless Sensor Network, WSN）作为一种新型的无线网络技术逐渐被广泛应用于各个领域。
无线传感器网络是由大量的、自治的、具有感知、处理、通信和控制能力的微型传感器节点组成的无线自组织网络。
它具有自组织、分布式、低功耗、低成本、广覆盖等特点，适合于环境监测、智能交通、军事侦察、医疗保健等众多领域的应用。
然而，无线传感器网络系统和传统的计算机网络系统相比，存在着复杂的节点组织、固有的能耗限制、有限的通信带宽、不可靠的链路质量、封闭的网络结构、随机的节点分布和无线信道的干扰等问题，这些问题导致了无线传感器网络的设计和实现具有很大的挑战性。
为了优化无线传感器网络的性能，需要对其参数进行优化设计，并选择合适的路由协议，以提高无线传感器网络的数据传输速率、生命周期以及网络的可靠性。
本文将从无线传感器网络的参数优化和路由协议两个方面出发，对无线传感器网络的相关知识进行深入讨论。
第二章：无线传感器网络的参数优化2.1 无线传感器网络的参数在无线传感器网络中，参数的选择和设置对于系统的性能起着至关重要的作用。
了解和掌握无线传感器网络的各项参数，能够帮助我们更好地设计、改进无线传感器网络，提高其性能。
无线传感器网络的常用参数包括：（1）节点能量：指每个节点拥有的能量。
能力的大小直接影响着节点的寿命，因此需要合理设置该参数。
（2）数据传输半径：指节点之间可通信的最大距离。
数据传输半径的大小会直接影响着无线传感器网络的通讯能力。
（3）传输速率：指无线传感器网络的数据传输速率，决定了节点之间的信息传输效率。
（4）最大缓存数：指每个节点可以缓存的最大数据量。
（5）仿真时间：指无线传感器网络的仿真运行时间。
2.2 优化无线传感器网络的参数在设计无线传感器网络参数时，需要结合具体应用场景的需求进行合理的设置，以实现最佳的性能。
无线传感器网络技术原理及应用ppt课件第4章总结
在传输过程中已经被修改，并不是原封不动地从源端传送
到目的端，这与传统网络以实现端到端无失真的信息传输 的目标是不同的。
12 在无线传感器网络中，传感器节点没有必要将数据以端到
端的形式传送给中心节点处理节点，只要有效数据最终汇
集到汇聚节点就达到了目的。因此，为了减少流量和能耗， 传输过程中的转发节点经常将不同的入口报文融合成数目
限。这种情况下要延长网络寿命就必须降低节点的工作能
耗。由第3章可知，节点能量的大部分消耗在无线通信模块 上。要减少节点能量的消耗就必须减小节点的有效传输半
径，而有效传输距离的减小必然导致单节点的覆盖面积减
小。因此，为了实现传感器节点大范围的覆盖，必须使用 多跳中继的方法来传输数据，这就需要相应的路由协议来
限的情况下，如何实现简单高效的路由机制是无线传感器
网络的一个基本问题。
8 以数据为中心。传统的路由协议通常以地址作为节点
的标识和路由的依据，是以地址为中心的路由协议。无线
传感器网络中大量节点随机部署，所关注的是监测区域的 感知数据，而不是具体哪个节点获取的信息，所以无线传
感器网络是以数据为中心的路由协议。以数据为中心的路
由协议通常包含多个传感器节点到汇聚节点的数据流，按 照对感知数据的需求、数据通信模式和流向等，以数据为
中心形成消息的转发路径。
应用相关。传感器网络的应用环境千变万化，数据通 信模式不同，没有一个路由机制适合所有应用，这是传感 器网络应用相关性的一个体现。
9 4.1.2 关键技术
针对无线传感器网络路由协议的基本特点，在设计无
3 学习导航
4
4.1 概述
无线传感器网络是一种无基础设施的网络，由多个传
感器节点以自组织方式构成，其目的是协作感知、采集和 处理覆盖区域中感知对象的信息。通常情况下无线传感器
无线传感器网络 第04章、路由协议讲述
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
14
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。
第五章 路由协议
TCP/IP协议基础：OSI分层结构
OSI分层结构 层次 应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层 功能 网络操作系统及应用程序 最终数据反映形式。如字符、图形、语音 通信进程间安全性操作、名字识别、登录等 路径确定、传输质量控制 决定数据传输的物理通道 TCP、UDP IP
SPIN：Sensor Protocol for Information via Negotiation
SPIN
该协议是最早的一类WSN路由协议的代表， 是对Flooding协议的改进 考虑到WSN的数据冗余，临近节点所感知的 数据具有相似性，通过节点间协商方式减少 数据传输量，只广播其他节点没有的数据
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
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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。
第五章 路由协议
TCP/IP协议基础：OSI分层结构
OSI分层结构 层次 应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层 功能 网络操作系统及应用程序 最终数据反映形式。如字符、图形、语音 通信进程间安全性操作、名字识别、登录等 路径确定、传输质量控制 决定数据传输的物理通道 TCP、UDP IP
SPIN：Sensor Protocol for Information via Negotiation
SPIN
该协议是最早的一类WSN路由协议的代表， 是对Flooding协议的改进 考虑到WSN的数据冗余，临近节点所感知的 数据具有相似性，通过节点间协商方式减少 数据传输量，只广播其他节点没有的数据
无线传感器网络技术原理及应用ppt课件第4章
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在无线传感器网络中，传感器节点没有必要将数据以端到 端的形式传送给中心节点处理节点，只要有效数据最终汇 集到汇聚节点就达到了目的。因此，为了减少流量和能耗， 传输过程中的转发节点经常将不同的入口报文融合成数目 更少的出口报文转发给下一跳，这就是数据融合的基本含 义。
流量分布。传感器网络是一个数据采集网络，绝大部 分流量由各个传感器节点流向汇聚节点，因此流量分布极 不均匀，以汇聚节点为目的的数据远远超过以它为源的控 制流。
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
19
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
4. 可靠的路由协议 无线传感器网络的某些应用对通信的服务质量有较高 要求，如可靠性和实时性等。而在无线传感器网络中，链 路的稳定性难以保证，通信信道质量比较低，拓扑变化比 较频繁，要实现服务质量保证，需要设计相应可靠的路由 协议。
数据融合技术。在传感器网络运行过程中，从传感器 节点探测到的数据往往在逐次转发过程中不断被加工处理， 以达到降低网络开销、节省能量等目的。也就是说，数据 在传输过程中已经被修改，并不是原封不动地从源端传送 到目的端，这与传统网络以实现端到端无失真的信息传输 的目标是不同的。
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
学习导航
2
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
无线传感器网络概论第4章 无线传感器网络的网络层
4.2.2 基于集群结构的路由协议
1. LEACH
LEACH协议是一种最早被提出来数据融合的低功耗 自适应分层路由算法，在分层路由协议中最具代表性。 LEACH通过随机性循环地产生簇头、周期性替换簇头和 更新簇结构的方法，将整个网络的能量负载平均分配到 每个传感器节点中，从而可以节约网络能耗和延长网络 整体生存时间。
4.2 无线传感器网络路由协议
4.2.1 基于数据的路由协议
DD算法的运作过程如下图所示。
4.2 无线传感器网络路由协议
4.2.1 基于数据的路由协议
4. RR
RR利用和DD类似的梯度概念来传输数据资料，其 适用于数据传输量较小的无线传感器网络。RR通过随机 转发机制来克服Flooding方式带来的大量开销。
4.2 无线传感器网络路由协议
4.2.1 基于数据的路由协议
在以数据为中心的路由技术中，重点是获取和传播 特定类型或具有某种属性的信息，而不是从特定节点收 集数据。在基于数据的路由协议中，网络的各个节点地 位平等，不存在等级和层次差异，路由简单，无需进行 任何架构维护，不易产生瓶颈效应，具有较好的健壮性。
典 型 的 以 数 据 为 中 心 的 协 议 有 Flooding 、 SPIN 、 DD 、RR、SAR等。这类协议通常的模式是汇聚节点对 网络发送查询信息，查询信息包括感兴趣的区域和感兴 趣的数据。节点在接收到查询信息时按查询信息的要求， 把数据信息发送出去。此过程节省了冗余数据在传输过 程中的能量。
4.2 无线传感器网络路由协议
4.2.1 基于数据的路由协议
2. SPIN
SPIN通过协商机制和能量自适应机制来解决传统的 Flooding协议中的“内爆”、“重叠”、资源浪费等问题。 “内爆”，即多份相同信息在网络中传输。“重叠”，即同一 区域多个节点可能同时发现相同现象或目标的检测对象。 SPIN中使用3种类型的消息进行通信，即广告消息（ADV）、 请求消息（REQ）和数据消息（DATA）。
1. LEACH
LEACH协议是一种最早被提出来数据融合的低功耗 自适应分层路由算法，在分层路由协议中最具代表性。 LEACH通过随机性循环地产生簇头、周期性替换簇头和 更新簇结构的方法，将整个网络的能量负载平均分配到 每个传感器节点中，从而可以节约网络能耗和延长网络 整体生存时间。
4.2 无线传感器网络路由协议
4.2.1 基于数据的路由协议
DD算法的运作过程如下图所示。
4.2 无线传感器网络路由协议
4.2.1 基于数据的路由协议
4. RR
RR利用和DD类似的梯度概念来传输数据资料，其 适用于数据传输量较小的无线传感器网络。RR通过随机 转发机制来克服Flooding方式带来的大量开销。
4.2 无线传感器网络路由协议
4.2.1 基于数据的路由协议
在以数据为中心的路由技术中，重点是获取和传播 特定类型或具有某种属性的信息，而不是从特定节点收 集数据。在基于数据的路由协议中，网络的各个节点地 位平等，不存在等级和层次差异，路由简单，无需进行 任何架构维护，不易产生瓶颈效应，具有较好的健壮性。
典 型 的 以 数 据 为 中 心 的 协 议 有 Flooding 、 SPIN 、 DD 、RR、SAR等。这类协议通常的模式是汇聚节点对 网络发送查询信息，查询信息包括感兴趣的区域和感兴 趣的数据。节点在接收到查询信息时按查询信息的要求， 把数据信息发送出去。此过程节省了冗余数据在传输过 程中的能量。
4.2 无线传感器网络路由协议
4.2.1 基于数据的路由协议
2. SPIN
SPIN通过协商机制和能量自适应机制来解决传统的 Flooding协议中的“内爆”、“重叠”、资源浪费等问题。 “内爆”，即多份相同信息在网络中传输。“重叠”，即同一 区域多个节点可能同时发现相同现象或目标的检测对象。 SPIN中使用3种类型的消息进行通信，即广告消息（ADV）、 请求消息（REQ）和数据消息（DATA）。
第四章-路由协议PPT课件
够保证每条路由都是无环的 采用触发更新，收敛快 ，仅当拓扑改变时才发送部分
路由更新 支持身份验证和MD5加密 支持CIDR、VLSM和不连续的子网 默认管理距离为 110 最多可以保存4条等价路由进行负载均衡
4.5 OSPF协议
OSPF的网络类型
4.5 OSPF协议
选举DR和BDR
OSPF通过在一个网段内选举DR （Designated router，指定路由器）与其他 路由器建立邻居关系
4.5 OSPF协议
OSPF的工作原理
运行OSPF的路由器通过启用的OSPF接口发送Hello数 据包来发现新的邻居
每个路由器都发送LSA给它的邻居，LSA描述了所有的 路由器的链路状态信息和接口信息
路由器使用收到的所有 LSA 建立邻居表（Neighbor Table ）
通过在整个区域泛洪（Flooding）LSA，所有的路由 器将建立一致的LSDB（Link State Database，链路 状态数据库
通过Hello数据包发现邻居 与邻居路由器相互交换LSA（link-state
advertisements，链路状态通告） LSA是路由器之间发送路由信息的最小数据包 每台路由器将LSP（link-state Packets，链路状态数
据包）泛洪到所有邻居 路由器构建一个拥有完整拓扑图的拓扑数据库 通过SPF算法计算到达每个目的网络的最佳路径 最后将最佳的路径和接口存放在路由表中
4.1 路由协议
管理距离 是0到255之间的一个整数 表示一条路由选择信息源的可信值
4.2 静态路由
静态路由（Static Routing） 由网络管理员手工配置 静态路无法根据网络实际状况自动调整 当拓扑发生变化时，网络管理员必须手动
路由更新 支持身份验证和MD5加密 支持CIDR、VLSM和不连续的子网 默认管理距离为 110 最多可以保存4条等价路由进行负载均衡
4.5 OSPF协议
OSPF的网络类型
4.5 OSPF协议
选举DR和BDR
OSPF通过在一个网段内选举DR （Designated router，指定路由器）与其他 路由器建立邻居关系
4.5 OSPF协议
OSPF的工作原理
运行OSPF的路由器通过启用的OSPF接口发送Hello数 据包来发现新的邻居
每个路由器都发送LSA给它的邻居，LSA描述了所有的 路由器的链路状态信息和接口信息
路由器使用收到的所有 LSA 建立邻居表（Neighbor Table ）
通过在整个区域泛洪（Flooding）LSA，所有的路由 器将建立一致的LSDB（Link State Database，链路 状态数据库
通过Hello数据包发现邻居 与邻居路由器相互交换LSA（link-state
advertisements，链路状态通告） LSA是路由器之间发送路由信息的最小数据包 每台路由器将LSP（link-state Packets，链路状态数
据包）泛洪到所有邻居 路由器构建一个拥有完整拓扑图的拓扑数据库 通过SPF算法计算到达每个目的网络的最佳路径 最后将最佳的路径和接口存放在路由表中
4.1 路由协议
管理距离 是0到255之间的一个整数 表示一条路由选择信息源的可信值
4.2 静态路由
静态路由（Static Routing） 由网络管理员手工配置 静态路无法根据网络实际状况自动调整 当拓扑发生变化时，网络管理员必须手动
WSN中的路由协议 课件
Ptx E K d aj Prx E
在链路代价计算当中，可以忽略K，即K=1。因此链路中成功 传送单位数据所消耗的功率为 P(i,j)=Ptx +Prx=2E+K*daij
特点：
1、最小功率路径倾向于选择短链路组成的路径，导致路径跳 数较多，传输延迟较大。
2、若网络节点是静止的且不考虑失效和链路动态等 因素，链接两个节点最小功率路径是固定的，流量容 易集中，某些节点会先死亡。
（2）联合移动与路由协议
该协议认为移动Sink节点的最佳策略是沿着与网络边界 平行的曲线移动。移动Sink节点的时候，传感器节点将 持续追踪移动Sink节点的位置，并通过多跳路径传输数 据。但是实现过程中存在以下问题： 1）移动Sink节点需要在网络同心圆边界移动。 2）网络中所有节点都需要实时获知移动Sink节点的位 置，开销较大。 3）Sink节点是骨干网的一部分，如何使得Sink节点在 移动情况下实时连接到骨干网络同时可以访问无线传感 器网络是网络设计的一个关键性问题。
生存时间。
3.1.2PEGASIS
PEGASIS(Power-efficient gathering in sensor information systems)由LEACH发展而 来，它是LEACH协议的一种改进版本，仍然 采用动态选举簇头的思想,但为避免频繁选举 簇头的通信开销,采用无通信量的簇头选举方 法,且网络中所有节点只形成一个簇,称为链。 该协议执行也是分两个阶段，分别是链创建阶 段和数据传输阶段。要求每个节点都知道网络 中其他节点的位置,通过贪心算法选择最近的 相邻节点形成链。
簇头与sink点一跳通信,利用令牌控制链两端数据沿链传 送到簇头本身,在传送过程中可聚合数据.当链两端数据 都传送完成时,开始新一轮选举与传输。
无线传感器网络课件 第4章_无线传感器网络的路由协议
Energy aware rou建立多条路径，重复传输数据包，基于编码的机会路由协议（MORE）等
以数据为中心
泛洪路由(Flooding)
扩散法(Flooding)是一种传统的网络 路由协议，不需要知道网络拓扑结构 和使用任何路由算法
协议内容： 一节点S希望发送一块数据给节点D，节点S首先通过网络将数据副本传送给它的 每一个邻居节点，每一个邻居节点又将其传输给各自的每一个邻居节点，除了刚 刚给它们发送数据副本的节点S外。如此继续下去，直到将数据传输到目标节点D 为止或者为该数据所设定的生命期限（在传感器网络里面通常定义为最大跳数） 变为零为止或者所有节点拥有此数据副本为止。
c.在传输或接收数据之前，每个节点都必须检查各自可用的能量状况，如果处于低 能量水平，必须中断一些操作，比如充当路由器的角色，停止对其他节点的一些数 据转发操作
d. SPIN有3种数据包类型，即ADV、REQ和DATA.节点用ADV宣布有数据发送， 用REQ请求希望接收数据，用DATA封装数据 ADV：用于新数据广播。当一个节点有数据可共享时，它可用ADV数据包(包含元 数据)对外广播 REQ：用于请求发送数据。当一个节点希望接收DATA数据包时，发送REQ数据包 DATA：包含附上元数据头(meta-data header)的传感器采集的数据的数据包
洪泛路由（Flooding）的优点： ①实现简单 ②不需要为保持网络拓扑信息和实现复杂的路由发现算法而消耗计算资源 ③适用于健壮性要求高的场合。 洪泛路由（Flooding）的不足： ①存在信息爆炸(Implosion)问题，即出现一个节点可能得到一个数据多个副本的现象 ②出现部分重叠(Overlap)现象，如果处于同一观测环境的两个相邻同类传感器节点 同时对一个事件作出反应，二者采集的数据性质相同，数值相近，那么，这两个节 点的邻居节点将收到双份数据副本 ③盲目使用资源，即扩散法不考虑各节点能量可用状况因而无法作出相应的自适应 路由选择。 洪泛路由（Flooding）的应用情况：
以数据为中心
泛洪路由(Flooding)
扩散法(Flooding)是一种传统的网络 路由协议，不需要知道网络拓扑结构 和使用任何路由算法
协议内容： 一节点S希望发送一块数据给节点D，节点S首先通过网络将数据副本传送给它的 每一个邻居节点，每一个邻居节点又将其传输给各自的每一个邻居节点，除了刚 刚给它们发送数据副本的节点S外。如此继续下去，直到将数据传输到目标节点D 为止或者为该数据所设定的生命期限（在传感器网络里面通常定义为最大跳数） 变为零为止或者所有节点拥有此数据副本为止。
c.在传输或接收数据之前，每个节点都必须检查各自可用的能量状况，如果处于低 能量水平，必须中断一些操作，比如充当路由器的角色，停止对其他节点的一些数 据转发操作
d. SPIN有3种数据包类型，即ADV、REQ和DATA.节点用ADV宣布有数据发送， 用REQ请求希望接收数据，用DATA封装数据 ADV：用于新数据广播。当一个节点有数据可共享时，它可用ADV数据包(包含元 数据)对外广播 REQ：用于请求发送数据。当一个节点希望接收DATA数据包时，发送REQ数据包 DATA：包含附上元数据头(meta-data header)的传感器采集的数据的数据包
洪泛路由（Flooding）的优点： ①实现简单 ②不需要为保持网络拓扑信息和实现复杂的路由发现算法而消耗计算资源 ③适用于健壮性要求高的场合。 洪泛路由（Flooding）的不足： ①存在信息爆炸(Implosion)问题，即出现一个节点可能得到一个数据多个副本的现象 ②出现部分重叠(Overlap)现象，如果处于同一观测环境的两个相邻同类传感器节点 同时对一个事件作出反应，二者采集的数据性质相同，数值相近，那么，这两个节 点的邻居节点将收到双份数据副本 ③盲目使用资源，即扩散法不考虑各节点能量可用状况因而无法作出相应的自适应 路由选择。 洪泛路由（Flooding）的应用情况：
第4章-3 路由协议
（4）快速收敛性。传感器网络的拓扑结构动态变化， 节点能量和通信带宽等资源有限，因此要求路由机制 能够快速收敛，以适应网络拓扑的动态变化，减少通 信协议开销，提高消息传输的效率。
2. 路由协议分类
(1)根据传输过程中采用路径的多少，可分为单路径路由 协议和多路径路由协议。单路径路由节约存储空间，数据通 信量少；多路径路由容错性强，健壮性好，且可从众多路由 中选择一条最优路由。 (2)根据节点在路由过程中是否有层次结构、作用是否有 差异，可分为平面路由协议和层次路由协议。平面路由简单， 健壮性好，但建立、维护路由的开销大，数据传输跳数多， 适合小规模网络；层次路由扩展性好，适合大规模网络，但 簇的维护开销大，且簇头是路由的关键节点，其失效将导致 路由失败。 (3)根据路由建立时机与数据发送的关系，可分为主动路 由协议、按需路由协议和混合路由协议。主动路由建立、维 护路由的开销大，资源要求高；按需路由在传输前需计算路 由，时延大；混合路由则综合利用这两种方式。
3．Rumor协议
如果sink点的一次查询只需一次上报，DD协议开销太大。Rumor（谣传） 协议正是为解决此问题而设计的。该协议借鉴了欧氏平面图上任意两条曲 线交叉几率很大的思想。节点监测到事件后将其保存，并创建称为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 增加其已知的事件信息。Sink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可Flooding查询请求。在多sink点、 查询请求数目很大、网络事件很少的情况下，仿真结果表明Rumor协议能 显著地降低路由开销，节约能量。但对于事件数较多的情况，维护事件表 和处理代理所花费的开销会急剧增长。同时，由于路由使用随机的方式生 成路径，数据传输的路径不是最优路径，并且可能存在路由环路问题。 Rumor协议的优点是避免了大量扩散，显著节省能量，适用于数据传输 量较小的情况。但如果网络拓扑结构频繁变动，则Rumor协议的性能会大 幅下降。
《无线传感器网络与物联网通信技术》教学课件 第4章 无线传感器网络安全技术 4.5 网络安全路由协议
② 成对密钥。在成对密钥中，密钥由传感器节点和与其直接连接的另一个传 感器节点共享，成对密钥用于保护隐私或保护身份认证的通信。
③ 簇密钥。在簇密钥中，一个节点和与它直接连接的所有相邻节点共享同一 个密钥，主要用于本地广播。
④ 全局密钥。在全局密钥中，网络中所有节点共享同一个全局密钥，基站使 用全局密钥加密广播给整个网络的消息。
无线传感器网络与物联网通信技术
4.5 无线传感器网络安全路由协议 哈希链机制
AODV-SEC协议要求节点沿路由路径建立哈希链。每 个节点在转发RREQ或RREP时，需要在报文中加入一个哈 希值，该哈希值是根据前一个节点的哈希值计算出来的。 通过这种链式校验，可以有效防止报文在转发时被恶意篡 改。
借助这两种机制，AODV-SEC协议可以防止各种攻击 行为，如报文篡改、伪造、重放等。虽然增加了一定的开 销，但可以大大提升AODV协议面对威胁的安全性和鲁棒 性。现有的研究表明，AODV-SEC协议可以有效抵御黑洞 攻击、虚假路由攻击等网络攻击。
无线传感器网络与物联网通信技术
4.5 无线传感器网络安全路由协议 SPINs协议
SPINs（Security Protocols for Sensor Networks）是一种适用于无线传感器网络 的安全路由协议，也称为安全框架。SPINs协议是以数据为中心的自适应路由协议，主 要通过协商机制解决传统协议的“内爆”“重叠”及盲目使用资源的问题。利用SPINs 协议进行传输的优点是，路由节点只需要保存较少的邻居节点的信息，一定程度上减少 了数据的冗余传输，节省了能量的消耗。
4.5 无线传感器网络安全路由协议
CSRP协议
CSRP协作式安全路由协议通过传感器节点之间的协作来提供安全性和防御机制， 以保护网络免受攻击和入侵。主要特点包括如下几个方面。
③ 簇密钥。在簇密钥中，一个节点和与它直接连接的所有相邻节点共享同一 个密钥，主要用于本地广播。
④ 全局密钥。在全局密钥中，网络中所有节点共享同一个全局密钥，基站使 用全局密钥加密广播给整个网络的消息。
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4.5 无线传感器网络安全路由协议 哈希链机制
AODV-SEC协议要求节点沿路由路径建立哈希链。每 个节点在转发RREQ或RREP时，需要在报文中加入一个哈 希值，该哈希值是根据前一个节点的哈希值计算出来的。 通过这种链式校验，可以有效防止报文在转发时被恶意篡 改。
借助这两种机制，AODV-SEC协议可以防止各种攻击 行为，如报文篡改、伪造、重放等。虽然增加了一定的开 销，但可以大大提升AODV协议面对威胁的安全性和鲁棒 性。现有的研究表明，AODV-SEC协议可以有效抵御黑洞 攻击、虚假路由攻击等网络攻击。
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4.5 无线传感器网络安全路由协议 SPINs协议
SPINs（Security Protocols for Sensor Networks）是一种适用于无线传感器网络 的安全路由协议，也称为安全框架。SPINs协议是以数据为中心的自适应路由协议，主 要通过协商机制解决传统协议的“内爆”“重叠”及盲目使用资源的问题。利用SPINs 协议进行传输的优点是，路由节点只需要保存较少的邻居节点的信息，一定程度上减少 了数据的冗余传输，节省了能量的消耗。
4.5 无线传感器网络安全路由协议
CSRP协议
CSRP协作式安全路由协议通过传感器节点之间的协作来提供安全性和防御机制， 以保护网络免受攻击和入侵。主要特点包括如下几个方面。