单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,WSN 路由协议介绍,11 协议分类,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。,12 路由协议决策要考虑的准则,设计协议要考虑多种因素，包括数据通讯量、带宽、网络负载情况、网络拓扑结构动态变化、网络节点增加、数据融合、可靠性等。,图2,中，数据从A 传送到节点C。若要求传送及时，路由可采用ABC 路径，减少了传送中继节点；若要求以负载平衡达到节能目的，路由应该根据实际负载情况采用负载相对较小的路径；若要求对不同节点的数据进行融合，可以选择AEFGHC 融合更多节点的数据；若要求可靠性，路由可以同时选择这两条路径。若被监测区域内的节点位置发生无规律变化，路由应该具备适应网络拓扑结构不断发生变化的能力；若要采集详尽数据而添加节点，协议还应具备支持更多节点协同工作的能力,13 路由协议的性能参数,（1）数据通讯量,把一块数据路由到观察者，不同算法会使得该数据的通讯量大小不一致。协议会在不同的程度上产生该数据块副本。通讯量越大，网络能耗越大。,（2）延迟,延迟指观察者对网络发出请求到接收到数据所历经的时间。,（3）可扩展性,在某些特殊的实际应用中，被监测区域需要大量节点。,这样就要求路由协议能够协同大量节点同时工作。,2 路由协议的路由通讯量分析,LEACH 通过划分簇层和数据融合技术减少数据通讯量。TEEN 采用相似的层次通讯方式，并使用软门阀值和硬门阀值控制数据传输的次数。PEGASIS 通过有效的链式数据聚合和数据融合技术，减少了的数据收发次数和数据通讯量。,图3,是两者之间以及和FLOODING 洪泛协议通讯量比较。SPIN 采用基于数据描述的协商机制进行数据的转发，从而避免了产生要转发数据的大量副本。DIRECTED DIFFUSION 采用请求驱动的数据传送模式和局部的数据聚集、融合，减少网络数据通讯量。,图4,是这两种协议间以及和FLOODING 之间通讯量大小示意表示。GPSR 将数据发送给符合要求的下一跳邻居。针对某个特定节点A，在网络拓扑结构不发生变化的情况下，发送数据的路由比较固定。GEAR 考虑到汇聚节点的地理位置信息，并将其添加到数据包的地理信息字段，数据传输到特定方向。,3 路由协议的路由延迟分析,DIRECTED DIFFUSION 在数据传输阶段采用一条“梯度”最大路径。数据传输时间短。LEACH 采用划分簇层方式减少路由中间的传感器数量，也具备短延迟特性。TEEN 协议延迟也比较小，和LEACH 同属于层次式路由协议。GPSR只依赖直接邻的节点进行路由。因为使用接近最短欧式距离的路由，因此数据传输延迟短。GEAR 采用了域内和位置区域地理位置划分，这样减少了路由上的跳数，数据能及时到达汇聚节点。PEGASIS 数据延迟和簇头位置有很大的关系。普通节点距簇头的地理位置比较远，会明显增加数据传输的延迟。SPIN 采用三种消息模型来发布信息扩散整个网络。解决了FLOODING 中的“信息内爆”和“信息重叠”问题，但此消息发布模型导致延迟增加。,图5,给出了层次性协议在相应延迟示意比较。,表2,作了路由延迟分析的总结。,4 路由协议的可扩展性分析,某些协议，因节点大量增加导致网络数据通讯量过大、路由数据的延迟过长等等而不适用于网络。TEEN 不断加入节点形成新簇层。子簇头数据会向父簇头传送，不必像LEACH 协议一样要求普通节点必须具备和汇聚节点直接通讯的能力。DIRECTED DIFFUSION 也具备良好可扩展。“梯度场”的建立确保了数据传输的及时性。备用路径保证了路由的畅通性、可靠性。GPSR 有可达路由只要求保持网络连通性。GEAR 具备好的可扩展性，但需要GPS 定位信息的支持。即使增加节,点，在地理位置和“两个阶段”的支持下，不会影响协议。PEGASIS 可扩展性差。当大量节点涌入到网络中，要构造的数据链长度会急剧增加。将数据传送到簇头，不仅耗费大量能量还增加延时时间。SPIN 可扩展性差。当产生或收到数据的节点的所有相邻节点都不需要该数据时，将导致数据不能继续转发。可能导致相当部分网络不能接收到该数据。此外，汇聚节点对任何类型的数据都需要时，周围的节点会能量耗尽。,表3,给出了协议总结。,