物联网与无线传感网第 4 无线传感器网络的网络层
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（2）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。
（3）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。
第四章 无线传感器网络的网络层
无线传感器网络网络层分类
（4）根据节点是否编址、是否以地址表示目的地，可分为基于 地址的路由协议和非基于地址的路由协议。
➢基于集群结构的路由协议主要考虑的路由算法的可扩展性，其主要可 分为两种模式，即单层模式和多层模式，单层模式指路由协议仅对传感 器节点进行一次集群划分，通常每个集群头节点能直接与Sink节点通信； 多层模式指路由协议将对传感器节点进行多次集群划分，即集群头节点 将再次进行集群划分。
➢基于地理位置的路由协议假定传感器节点能够知道自身地理位置或者 通过基于部分标定节点的地理位置信息计算自身地理位置，用节点的地 理位置来改善一些已有的路由算法，实现无线传感器网络性能的优化。
➢ 由于无线传感器中电池不可替换，高效、均衡地利用能 量是好的协议所必须考虑的首要因素；
➢ 无线传感器网络中协议应尽量精简，无复杂的算法，无 大容量的冗余数据需要存储，控制开销少；
➢ 网络的互联通过Sink节点来完成，其余节点不提供网外 的通信；
➢ 网络中无中心节点，多采用基于数据或基于位置的路由 算法机制；
第四章 无线传感器网络的网络层
第四章 无线传感器网络的网络层
无线传感器网络网络层概述 无线传感器网络网络层分类 无线传感器网络网络层路由协议 移动SINK的无线传感器网络网络层协议
第四章 无线传感器网络的网络层
无线传感器网络网络层概述
在无线传感器网络中，路由协议主要用于确定网络中的 路由，实现节点间的通信。但是由于受节点能量和最大通信 范围的限制，两个节点之间往往不能直接进行数据交换，而 需要以多跳的形式进行数据的传输。无线传感器的网络层就 主要负责多跳路由的发现和维护，这一层的路由协议主要包 括两个方面：
第四章 无线传感器网络的网络层
无线传感器网络网络层概述
无线传感器网络的路由协议的发展还不够完善，随着科 技的进步，无线传感器网络将会朝着以下几个方面发展。
1．最优路径选择
2．安全性
3．QoS保证
4．能量高效利用和均衡
第四章 无线传感器网络的网络层
无线传感器网络网络层概述
无线传感器网络路由协议总是具有以下几个特点：
2） SPIN协议解决的关键问题 SPIN协议通过节点之间的协商，解决Flooding协议（所有节点转
发数据）和Gossiping协议（随机选择节点转发数据）的内爆和重叠问 题。
内爆：节点向邻居节点转发数据 包，不管其是否收到过相同数据
重叠：感知节点感知区域有重叠，导 致数据冗余
第四章 无线传感器网络的网络层
（8）根据路由建立是否与查询相关，可分为查询驱动路由协议 和非查询驱动路由协议。
第四章 无线传感器网络的网络层
无线传感器网络网络层分类
较为常用的路由协议有：基于数据的路由协议、基于集群结构的路 由协议和基于地理位置的路由协议。
➢基于数据的路由协议能够对感知到的数据按照属性命名，对相同属性 的数据在传输过程中进行融合操作，减少网络中冗余数据的传输，这类 协议同时集成了网络路由任务和应用层数据管理任务。
第四章 无线传感器网络的网络层
无线传感器网络网络层协议——SPIN协议
SPIN协议的三次握手方式
当接受到ADV报文的节点发现已经拥有了ADV报文中描述的数据， 那么它不发送REQ报文，能量较低的节点也不发送REQ报文（SPIN2）
第四章 无线传感器网络的网络层
无线传感器网络网络层协议——SPIN协议
第四章 无线传感器网络的网络层
无线传感器网络网络层协议——SPIN协议
1）SPIN协议基本思想
SPIN协议是一类基于协商、以数据为中心的路由协议。SPIN协议假 设所有的网络节点都是潜在的Sink节点，某一个要发送数据的节点把数据 传送给任何需要该数据的节点，并通过协商机制减少网络中数据传输的 数据量。节点只广播其他节点没有的数据以减少冗余数据，从而有效地 减少了能量消耗。
（5）根据数据在传输过程中是否进行数据融合处理，可分为数 据融合的路由协议和非数据融合的路由协议。
（6）根据是否以地理位置来表示目的地、路由计算中是否利用 地理位置信息，可分为基于位置的路由协议和非基于位置的路由 协议。
（7）根据是否以节点的可用能量或传输路径上的能量需求作为 选择路由的根据，可分为能量感知路由协议和非能量感知路由协 议。
➢ 由于节点的移动或失效，一般采用多路径备选
第四章 无线传感器网络的网络层
无线传感器网络网络层概述
尽管无线传感器网络路由协议已经取得了较大的进展， 但还有一些问题需要解决，下面就简单列出几个挑战。
➢ 节能 ➢ 高扩展性 ➢ 容错性 ➢ Nhomakorabea数据融合技术 ➢ 通信量分布不均匀
第四章 无线传感器网络的网络层
无线传感器网络网络层分类
无线传感器网络的应用背景各不相同，单一的路由协议不能满足 各种应用需求，因而研究人员设计了众多的路由协议。为说无线传 感器网络路由协议的特点，可以根据路由协议采用的通信模式、路 由结构、路由建立时机、状态维护、节点表示和传递方式等策略， 运用了多种方法对其进行分类。
（1）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。
SPIN协议在节点过程中使用三种类型的数据包：
ADV：广播数据包，当一个节点需要发送数据时，就向周围广播一个带 有本节点属性、类型等信息的一个数据包该数据包通常要远远小于数据 本身的大小。
REQ：请求包，如果接收到ADV的节点需要该数据就发送一个REQ请求 包。
DATA：数据包，接收REQ后，要发送数据的节点就发送一个DATA包， DATA中包含有效数据。
路由的选择：即寻找一条从源节点到目的节点的最优路径；
路由的维护：保证数据能够沿着这条最优路径进行数据的转 发。
第四章 无线传感器网络的网络层
无线传感器网络网络层概述
相对于传统网络，无线传感器具有以下特征： ➢1）大规模分布式应用 ➢2）以数据为中心 ➢3）基于局部拓扑信息 ➢4）基于应用 ➢5）数据的融合
（3）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。
第四章 无线传感器网络的网络层
无线传感器网络网络层分类
（4）根据节点是否编址、是否以地址表示目的地，可分为基于 地址的路由协议和非基于地址的路由协议。
➢基于集群结构的路由协议主要考虑的路由算法的可扩展性，其主要可 分为两种模式，即单层模式和多层模式，单层模式指路由协议仅对传感 器节点进行一次集群划分，通常每个集群头节点能直接与Sink节点通信； 多层模式指路由协议将对传感器节点进行多次集群划分，即集群头节点 将再次进行集群划分。
➢基于地理位置的路由协议假定传感器节点能够知道自身地理位置或者 通过基于部分标定节点的地理位置信息计算自身地理位置，用节点的地 理位置来改善一些已有的路由算法，实现无线传感器网络性能的优化。
➢ 由于无线传感器中电池不可替换，高效、均衡地利用能 量是好的协议所必须考虑的首要因素；
➢ 无线传感器网络中协议应尽量精简，无复杂的算法，无 大容量的冗余数据需要存储，控制开销少；
➢ 网络的互联通过Sink节点来完成，其余节点不提供网外 的通信；
➢ 网络中无中心节点，多采用基于数据或基于位置的路由 算法机制；
第四章 无线传感器网络的网络层
第四章 无线传感器网络的网络层
无线传感器网络网络层概述 无线传感器网络网络层分类 无线传感器网络网络层路由协议 移动SINK的无线传感器网络网络层协议
第四章 无线传感器网络的网络层
无线传感器网络网络层概述
在无线传感器网络中，路由协议主要用于确定网络中的 路由，实现节点间的通信。但是由于受节点能量和最大通信 范围的限制，两个节点之间往往不能直接进行数据交换，而 需要以多跳的形式进行数据的传输。无线传感器的网络层就 主要负责多跳路由的发现和维护，这一层的路由协议主要包 括两个方面：
第四章 无线传感器网络的网络层
无线传感器网络网络层概述
无线传感器网络的路由协议的发展还不够完善，随着科 技的进步，无线传感器网络将会朝着以下几个方面发展。
1．最优路径选择
2．安全性
3．QoS保证
4．能量高效利用和均衡
第四章 无线传感器网络的网络层
无线传感器网络网络层概述
无线传感器网络路由协议总是具有以下几个特点：
2） SPIN协议解决的关键问题 SPIN协议通过节点之间的协商，解决Flooding协议（所有节点转
发数据）和Gossiping协议（随机选择节点转发数据）的内爆和重叠问 题。
内爆：节点向邻居节点转发数据 包，不管其是否收到过相同数据
重叠：感知节点感知区域有重叠，导 致数据冗余
第四章 无线传感器网络的网络层
（8）根据路由建立是否与查询相关，可分为查询驱动路由协议 和非查询驱动路由协议。
第四章 无线传感器网络的网络层
无线传感器网络网络层分类
较为常用的路由协议有：基于数据的路由协议、基于集群结构的路 由协议和基于地理位置的路由协议。
➢基于数据的路由协议能够对感知到的数据按照属性命名，对相同属性 的数据在传输过程中进行融合操作，减少网络中冗余数据的传输，这类 协议同时集成了网络路由任务和应用层数据管理任务。
第四章 无线传感器网络的网络层
无线传感器网络网络层协议——SPIN协议
SPIN协议的三次握手方式
当接受到ADV报文的节点发现已经拥有了ADV报文中描述的数据， 那么它不发送REQ报文，能量较低的节点也不发送REQ报文（SPIN2）
第四章 无线传感器网络的网络层
无线传感器网络网络层协议——SPIN协议
第四章 无线传感器网络的网络层
无线传感器网络网络层协议——SPIN协议
1）SPIN协议基本思想
SPIN协议是一类基于协商、以数据为中心的路由协议。SPIN协议假 设所有的网络节点都是潜在的Sink节点，某一个要发送数据的节点把数据 传送给任何需要该数据的节点，并通过协商机制减少网络中数据传输的 数据量。节点只广播其他节点没有的数据以减少冗余数据，从而有效地 减少了能量消耗。
（5）根据数据在传输过程中是否进行数据融合处理，可分为数 据融合的路由协议和非数据融合的路由协议。
（6）根据是否以地理位置来表示目的地、路由计算中是否利用 地理位置信息，可分为基于位置的路由协议和非基于位置的路由 协议。
（7）根据是否以节点的可用能量或传输路径上的能量需求作为 选择路由的根据，可分为能量感知路由协议和非能量感知路由协 议。
➢ 由于节点的移动或失效，一般采用多路径备选
第四章 无线传感器网络的网络层
无线传感器网络网络层概述
尽管无线传感器网络路由协议已经取得了较大的进展， 但还有一些问题需要解决，下面就简单列出几个挑战。
➢ 节能 ➢ 高扩展性 ➢ 容错性 ➢ Nhomakorabea数据融合技术 ➢ 通信量分布不均匀
第四章 无线传感器网络的网络层
无线传感器网络网络层分类
无线传感器网络的应用背景各不相同，单一的路由协议不能满足 各种应用需求，因而研究人员设计了众多的路由协议。为说无线传 感器网络路由协议的特点，可以根据路由协议采用的通信模式、路 由结构、路由建立时机、状态维护、节点表示和传递方式等策略， 运用了多种方法对其进行分类。
（1）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。
SPIN协议在节点过程中使用三种类型的数据包：
ADV：广播数据包，当一个节点需要发送数据时，就向周围广播一个带 有本节点属性、类型等信息的一个数据包该数据包通常要远远小于数据 本身的大小。
REQ：请求包，如果接收到ADV的节点需要该数据就发送一个REQ请求 包。
DATA：数据包，接收REQ后，要发送数据的节点就发送一个DATA包， DATA中包含有效数据。
路由的选择：即寻找一条从源节点到目的节点的最优路径；
路由的维护：保证数据能够沿着这条最优路径进行数据的转 发。
第四章 无线传感器网络的网络层
无线传感器网络网络层概述
相对于传统网络，无线传感器具有以下特征： ➢1）大规模分布式应用 ➢2）以数据为中心 ➢3）基于局部拓扑信息 ➢4）基于应用 ➢5）数据的融合