文档介绍：无线传感器的路由协议
路由协议
1、概述

WSN的特点
WSN的特点及对路由设计的影响

2、WSN的路由协议

Flooding与Gossiping
SPIN协议
1、1概念
无线传感网络中路由协议的主要任务是建立从源节点到汇聚节点的路由,并可靠地传输数据。作为无线传感器网络中数据的指挥者,路由协议主要有以下两个方面的功能:
1、建立源节点到目的节点的优化路径。
2、将数据沿分组着优化路径正确转发。
与有线网络和蜂窝式无线网络不同,WSN中没有基础设施和全网统一的控制中心。在这种无中心的环境下,路由可以看成分布式地获取网络拓扑信息,以一定准则计算路由并对路径进行维护的过程。
WSN的特点
一、从路由设计的角度出发,WSN具有以下特点:
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:节点采用信息后判断,若超过一定的阈值,则认为发生了某种事件,需要立即上报,如用于预警的WSN。
b、周期性:节点定期把采集到的信息报告给sink。如野生动植物和环境监测WSN。
c、基于查询:node不主动向sink上报采集到的信息,而是等待用户查询,根据用户的需要反馈信息。
d、混合模式:前三种的综合,如智能交通的WSN。
不同的信息报告模式影响路由的触发模式:
a:事件触发模式:从节能的角度,按需(on demand)建立路由更恰当
b:事件报告模式:采用先应式(proactive)的方法建立路由更加合适。
c:基于查询模式:查询信息的本身就可以辅助建立路由
二、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(多对一)和sink向节点(一对多)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。
三、以数据为中心的设计理念
把WSN看成是一个大型的数据库,用户关心的是从这里得到什么信息,而不关心数据库中的哪个元素(node)提供了该信息。
该理念对网络层的一个重要影响是节点的地址分配:一般情况下没必要为每个node分配全局唯一地址,node描述信息产生时间、地点和内容即可。从事实现多跳通信的角度,需要在局部标识不同的节点。
该理念还影响分组转发的过程:WSN中,原始数据可能存在一定的冗余,在满足信息采集的要求的前提下,可以在数据转发过程中对其进行修改,甚至把多个分组合并成一个分组进行融合,从而降低能耗。
四、动态变化的网络拓扑
1、大部分的WSN中节点并不移动,造成网络拓扑变化的主要原因是节点的失效和存在不可靠性、非对称链路。
2、在有些WSN中的节点是可移动的,如医疗监测WSN、候鸟迁徙WSN等,网络拓扑变化比较快。
因此,设计路由协议时,应考虑拓扑的动态变化,以提高协议的灵活性和扩展性。
五、能量受限、结构简单的节点
1、Node大都由电池供电,电池体积小,能量有限且难以更换,很多场合需要WSN连续工作数年甚至更长。
2、Node结构简单,存储、处理、通信能力低,单个节点可靠性差。
因此,要求协议充分考虑能量有效性以降低能耗,同时要求尽可能简单,具有容错性。
六、密集布设的大规模网络
WSN通常密集布设大量节点,节点数量达到成千甚至上万。同时节点的密度也很高,有的情况可以达到20个/m3。这些使得协议的可扩展性变得十分重要
WSN的特点及对路由设计的影响
1、网络特点是路由设计的主要依据,对网络特点的分析是进行协议设计的前提。
2、无线传感网络中,网络业务的最大特点是具有明显的方向性。
3、为了实现信息采集的目的,WSN的网络业务大都发生在数据汇聚节点(sink)和普通的传感器节点之间,包括sink节点到传感器节点的下行业务(如查询指令下达)和传感器节点到sink的上行业务(如采集信息的回转)。
4、传感器节点之间的横向业务所占比例较小,主要是网络的控制信息和网内信息处理所需要的信息。
5、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。传感器节点的能量约束和无线通信链路的不可靠是无线传感器网络固有的,将对协议设计产生较大的影响。
路由协议的关键问题分析
1、能量有效性
提高能量有效性是WSN从硬件设计到软件开发都必须考虑的问题。
从路由协议设计的角度有两种思路提高能量有效性:
a、节能:寻找节能路由,减少路由建立和维护的控制开销,提高路由可靠性。
b、能耗均衡:从空间上调度能量资源,使网络中能量均衡消耗。