无线传感器网络技术关键技术
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
E C 趣”，则增加新表项，建立梯度域并转发“兴趣”，(3)否则判断表项梯
度域中是否有邻居节点等于兴趣消息数据包中的发送节任点务类，型如果是则更 新最新时间和持续时间字段，否则添加新邻居节点，转目发标区“域兴、趣发”送。节点
数据发送速率
数据大小、时间戳…
2.3 无线传感器网络路由 数据传输梯度建立
WSN路由协议分类
• 以数据为中心的路由协议 Flooding、Gossiping、SPIN、DD、Rumor Routing
• 基于分层的路由协议
LEACH、PEGASIS、TEEN
• 基于地理信息的路由协议
GRID、AF、GEAR、GEM
• 基于多路径的路由协议
SAR、DMR、 MPDMR、BMR
2.3 无线传感器网络路由
Flooding路由严重缺陷AA
A
(A)
(A)
rr
q
s
3、网络资源利用不合理！（是什么）
B
C
A
B
(A)
(A)
D
(q,r)
(r,s)
C
1、内爆现象(Implosion)
2、重叠现象(Overlap)
网络中的节点收到一个数据的多个副本 同一局部区域中，若干节点所接收到的数据副本具有较大的相关性
2.3 无线传感器网络路由
了解
数据为中心的路由协议
传统网络的路由都是以地址为中心的， WSN的路由是以数据为中心。
以数据为中心的路由协议用于在传感器节点 与汇聚节点之间动态地建立一种高效的数据收 集路径结构，使得路径上的中间节点可以高效 地对相应的数据进行融合处理，并将融合处理 后的数据传送给汇聚节点。
2.3 无线传感器网络路由
Gossiping路由协议 对flooding的改进
基本思想C：节点接收到数据包后，按照一定概率随 机地将数据包转发给邻居中不同于发送节点的某一个节 点，该节点再按照同样的方式向其他相邻节点进行转发 数据，直到数据包到达汇聚节点。
改进点：解决信息内爆现象问题
缺点： 不能解决重叠现象和网络资源利用不合理的问题 导致数据包的端到端延时增加
2.3 无线传感器网络路由
定向扩散路由协议（Directed Diffusion）
• 一种以数据为中心，基于查询的路由机制； • 汇聚节点通过兴趣请求消息定义查询需求； • 采用洪泛的方式广播兴趣消息； • 在兴趣消息扩散过程中，建立反向数据传输梯度； • 源节点沿着梯度方向将数据传送到汇聚节点； • 汇聚节点选择最优路径强化； • 最终后续数据沿着强化选择的路径传输数据。
2.3 无线传感器网络路由
定向扩散路由协议（Directed Diffusion）
兴趣消息扩散、数据传输梯度建立 和路径加强三个阶段。
2.3 无线传感器网络路由
理解
兴趣消息扩散阶段
D
源节点
F
A
B
兴趣消息
兴趣表项字段：
梯度字段1、2…… (邻居、 传输速率…)
持续时间字段 (TTL) 时间字段 (接收时间)
生命周期在没到达目的节点之前就结束
2.3 无线传感器网络路由
定向扩散路由协议（Directed Diffusion）
主要思想：A 汇聚节点根据不同的应用需求定义不同的兴趣请求 消息，汇聚节点周期地通过泛洪方式广播这种兴趣消息， 告诉网络节点需要搜集何种信息。兴趣在网络中扩散的 同时建立从源节点到汇聚节点的路由路径（梯度 Gradients)。通过兴趣扩散阶段建立的路径，源节点将 数据消息传送到汇聚节点。汇聚节点选择一条最优的路 径进行强化，后续的数据沿着这条路径传输。
D
B
源节点
Fra Baidu bibliotek
F
感知数据
A
兴趣表项字段：
梯度字段A、B…… (邻居、 传输速率…)
持续时间字段 (TTL) 时间字段 (接收时间)
汇聚节点
•兴每节(1趣)个点在扩节F兴采散点趣集完可列到成能表与后收中兴，到查趣各多找相节个是匹点邻否配均居有的建节相数立点匹据了发配时相送的，应的表将的兴项数梯趣，据度消如发域息果送，，没给以因有其源此则梯节对丢度点于弃域F同该通中一数过的个据A邻数、包，
2.3 无线传感器网络路由
基于洪泛机制的路由协议
Flooding路由协议：最简单、最基本、最健壮！
基本思想：节点在任何时刻产生或收到数据后向所有邻 节点广播，数据包直到过期或达到目的地才停止传播。
✓接收到信息后以广播的方式转发； ✓邻居节点重复上述过程，直到生命周期结束； ✓数据包的生命周期(Time to Live,TTL)为最大跳数或生存时间。 ✓分组需携带源节点ID和源节点分配的唯一序列号，避免重复发送。
2.3 无线传感器网络路由
2.3.1 无线传感器网络路由技术概述
定义A：
无线传感器网络路由协议负责将数据分组从源节 点通过网络转发到目的节点。
功能A：
• 搜索从源节点到目的节点的优化路径(确定最佳 路径)； • 转发数据分组。（交换数据）
2.3 无线无传线感传器感网器络网路络由路概由述
2.3.2 典型的无线传感器网络路由协议
无线传感器网络技术导论
第二章 无线传感器网络关键技术
网络层——Network Layer
应用层 传输层 网络层 数据链路层 物理层
任
能 量 管 理 平
移 动 管 理 平
台
务 管 理 平
台
台
课程目录
2.1 物理层关键技术 2.2信道接入技术 2.3 无线传感器网络路由 2物.4理无层线关传键感技器术网络拓扑控制技术 2.5 无线传感器网络覆盖技术 2.6 无线传感器网络的数据融合技术 2.7 无线传感器网络定位技术 2.8 无线传感器网络时间同步技术 2.9 通信标准
✓特点：无需知道局部拓扑、地理信息等； 无需维护路由
2.3
A
无线传感器网络路由
B
P
P
P
P
P
E
Flooding路由协议
C
P P
F
D
• 源节点A需要将数据包p发送至汇聚节点D
• 节点A首先将p的G副本广播，则其H邻居节点B接收到p副本
• 节点B直接将p副本通过广播的形式转发给E、F、C • 以此类推，直到p到大汇聚节点D或到达TTL
汇聚节点
•以节汇A聚点、节BAB收、点、到B周D接节演期收点示性到A兴向发兴趣传送趣消感过消息器来息的网的后扩络消，散内息节过节，点程点(A1A向)判、节断B点广是B播否、兴与D趣广刚消播转息接发收给到D的的消消息相 同息，同如时果节是则点丢B向弃节该点消D息广，播否接则收检到查的本消地息兴。趣列表，(2兴)如趣果消无息相字同段“：兴
度域中是否有邻居节点等于兴趣消息数据包中的发送节任点务类，型如果是则更 新最新时间和持续时间字段，否则添加新邻居节点，转目发标区“域兴、趣发”送。节点
数据发送速率
数据大小、时间戳…
2.3 无线传感器网络路由 数据传输梯度建立
WSN路由协议分类
• 以数据为中心的路由协议 Flooding、Gossiping、SPIN、DD、Rumor Routing
• 基于分层的路由协议
LEACH、PEGASIS、TEEN
• 基于地理信息的路由协议
GRID、AF、GEAR、GEM
• 基于多路径的路由协议
SAR、DMR、 MPDMR、BMR
2.3 无线传感器网络路由
Flooding路由严重缺陷AA
A
(A)
(A)
rr
q
s
3、网络资源利用不合理！（是什么）
B
C
A
B
(A)
(A)
D
(q,r)
(r,s)
C
1、内爆现象(Implosion)
2、重叠现象(Overlap)
网络中的节点收到一个数据的多个副本 同一局部区域中，若干节点所接收到的数据副本具有较大的相关性
2.3 无线传感器网络路由
了解
数据为中心的路由协议
传统网络的路由都是以地址为中心的， WSN的路由是以数据为中心。
以数据为中心的路由协议用于在传感器节点 与汇聚节点之间动态地建立一种高效的数据收 集路径结构，使得路径上的中间节点可以高效 地对相应的数据进行融合处理，并将融合处理 后的数据传送给汇聚节点。
2.3 无线传感器网络路由
Gossiping路由协议 对flooding的改进
基本思想C：节点接收到数据包后，按照一定概率随 机地将数据包转发给邻居中不同于发送节点的某一个节 点，该节点再按照同样的方式向其他相邻节点进行转发 数据，直到数据包到达汇聚节点。
改进点：解决信息内爆现象问题
缺点： 不能解决重叠现象和网络资源利用不合理的问题 导致数据包的端到端延时增加
2.3 无线传感器网络路由
定向扩散路由协议（Directed Diffusion）
• 一种以数据为中心，基于查询的路由机制； • 汇聚节点通过兴趣请求消息定义查询需求； • 采用洪泛的方式广播兴趣消息； • 在兴趣消息扩散过程中，建立反向数据传输梯度； • 源节点沿着梯度方向将数据传送到汇聚节点； • 汇聚节点选择最优路径强化； • 最终后续数据沿着强化选择的路径传输数据。
2.3 无线传感器网络路由
定向扩散路由协议（Directed Diffusion）
兴趣消息扩散、数据传输梯度建立 和路径加强三个阶段。
2.3 无线传感器网络路由
理解
兴趣消息扩散阶段
D
源节点
F
A
B
兴趣消息
兴趣表项字段：
梯度字段1、2…… (邻居、 传输速率…)
持续时间字段 (TTL) 时间字段 (接收时间)
生命周期在没到达目的节点之前就结束
2.3 无线传感器网络路由
定向扩散路由协议（Directed Diffusion）
主要思想：A 汇聚节点根据不同的应用需求定义不同的兴趣请求 消息，汇聚节点周期地通过泛洪方式广播这种兴趣消息， 告诉网络节点需要搜集何种信息。兴趣在网络中扩散的 同时建立从源节点到汇聚节点的路由路径（梯度 Gradients)。通过兴趣扩散阶段建立的路径，源节点将 数据消息传送到汇聚节点。汇聚节点选择一条最优的路 径进行强化，后续的数据沿着这条路径传输。
D
B
源节点
Fra Baidu bibliotek
F
感知数据
A
兴趣表项字段：
梯度字段A、B…… (邻居、 传输速率…)
持续时间字段 (TTL) 时间字段 (接收时间)
汇聚节点
•兴每节(1趣)个点在扩节F兴采散点趣集完可列到成能表与后收中兴，到查趣各多找相节个是匹点邻否配均居有的建节相数立点匹据了发配时相送的，应的表将的兴项数梯趣，据度消如发域息果送，，没给以因有其源此则梯节对丢度点于弃域F同该通中一数过的个据A邻数、包，
2.3 无线传感器网络路由
基于洪泛机制的路由协议
Flooding路由协议：最简单、最基本、最健壮！
基本思想：节点在任何时刻产生或收到数据后向所有邻 节点广播，数据包直到过期或达到目的地才停止传播。
✓接收到信息后以广播的方式转发； ✓邻居节点重复上述过程，直到生命周期结束； ✓数据包的生命周期(Time to Live,TTL)为最大跳数或生存时间。 ✓分组需携带源节点ID和源节点分配的唯一序列号，避免重复发送。
2.3 无线传感器网络路由
2.3.1 无线传感器网络路由技术概述
定义A：
无线传感器网络路由协议负责将数据分组从源节 点通过网络转发到目的节点。
功能A：
• 搜索从源节点到目的节点的优化路径(确定最佳 路径)； • 转发数据分组。（交换数据）
2.3 无线无传线感传器感网器络网路络由路概由述
2.3.2 典型的无线传感器网络路由协议
无线传感器网络技术导论
第二章 无线传感器网络关键技术
网络层——Network Layer
应用层 传输层 网络层 数据链路层 物理层
任
能 量 管 理 平
移 动 管 理 平
台
务 管 理 平
台
台
课程目录
2.1 物理层关键技术 2.2信道接入技术 2.3 无线传感器网络路由 2物.4理无层线关传键感技器术网络拓扑控制技术 2.5 无线传感器网络覆盖技术 2.6 无线传感器网络的数据融合技术 2.7 无线传感器网络定位技术 2.8 无线传感器网络时间同步技术 2.9 通信标准
✓特点：无需知道局部拓扑、地理信息等； 无需维护路由
2.3
A
无线传感器网络路由
B
P
P
P
P
P
E
Flooding路由协议
C
P P
F
D
• 源节点A需要将数据包p发送至汇聚节点D
• 节点A首先将p的G副本广播，则其H邻居节点B接收到p副本
• 节点B直接将p副本通过广播的形式转发给E、F、C • 以此类推，直到p到大汇聚节点D或到达TTL
汇聚节点
•以节汇A聚点、节BAB收、点、到B周D接节演期收点示性到A兴向发兴趣传送趣消感过消息器来息的网的后扩络消，散内息节过节，点程点(A1A向)判、节断B点广是B播否、兴与D趣广刚消播转息接发收给到D的的消消息相 同息，同如时果节是则点丢B向弃节该点消D息广，播否接则收检到查的本消地息兴。趣列表，(2兴)如趣果消无息相字同段“：兴