无线传感器网络课件第3章.ppt

1、第第3 3章章 无线传感器网络路由协议无线传感器网络路由协议主要内容n3.1 路由协议概述n3.2 平面路由协议和层次路由协议n3.3 能量感知路由n3.4 基于查询的路由n3.5 地理位置路由n3.6 可靠路由协议第3章 无线传感器网络路由协议路由协议概述n无线传感器网络路由协议的考虑因素路由协议概述无线传感器网络的路由过程主要分为以下无线传感器网络的路由过程主要分为以下4个步骤：个步骤：路由协议概述n无线传感器网络路由协议分类方法n1.按源节点获取路径的方法路由协议概述n2.按节点参与通信的方法路由协议概述n3.按路由的发现过程平面路由协议和层次路由协议n洪泛路由协议：接收到消息的节点以广

2、播的形式发送报文给所有的邻居节点。n优点：简单实用，适用于稳健性要求高的场合。n缺点：存在信息爆炸问题，出现部分数据交迭的现象和盲目实用资源等。平面路由协议和层次路由协议n闲聊法（Grossing）是洪泛法的改进版本，为了减少资源的无谓消耗，引入了随机发送数据的方法。n闲聊法可避免出现信息爆炸问题，但是仍然无法解决部分数据交迭现象和盲目实用资源的问题。平面路由协议和层次路由协议nSPIN协议：基于协商机制的传感器网络SPIN协议是一种以数据为中心的自适应通信方式，使用3中类型的信息进行通信，及ADV、REQ和DATA信息。nSPIN协议能够很好地解决传统的Flooding和Gossiping协

3、议所带来的信息爆炸、信息重复和资源浪费等问题。平面路由协议和层次路由协议nSPIN协议的缺点是没有考虑节能和多种信道条件下的数据传输问题，因此后续出现了SPIN-pp、SPIN-EC、SPIN-RL 、SPIN-BC等在SPIN基础上改进的路由协议。（2）SPIN-EC：在在SPIN-PP的基础上考虑了节点的功耗，只的基础上考虑了节点的功耗，只有能够顺利完成所有任务且能量不低于设定阈值的节点才能有能够顺利完成所有任务且能量不低于设定阈值的节点才能参与数据交换。参与数据交换。（1）SPIN-PP：采用点到点的通信模式，并假定两个节点间采用点到点的通信模式，并假定两个节点间的通信不受其他节点的干扰

4、，分组不会丢失，功率没有任何的通信不受其他节点的干扰，分组不会丢失，功率没有任何限制。限制。平面路由协议和层次路由协议（3）SPIN-BC：设计了广播信道，使所有的有效半径内的设计了广播信道，使所有的有效半径内的节点可以同时完成数据交换。为了防止发生重复的节点可以同时完成数据交换。为了防止发生重复的REQ请求，请求，节点在听到节点在听到ADV消息后，设定一个随机定时器来控制消息后，设定一个随机定时器来控制REQ请请求的发送，其他节点听到该请求，主动放弃请求权利。求的发送，其他节点听到该请求，主动放弃请求权利。（4）SPIN-RL：是对是对SPIN-BC的完善，主要考虑如何恢复的完善，主要考虑如

5、何恢复无线链路引入的分组差错与丢失，记录无线链路引入的分组差错与丢失，记录ADV消息的相关状态，消息的相关状态，如果在确定时间间隔内接收不到请求数据，则发送重传请求，如果在确定时间间隔内接收不到请求数据，则发送重传请求，重传请求的次数有一定的限制。重传请求的次数有一定的限制。层次路由协议nLEACH：低功耗自适应聚类分级LEACH协议是无线传感器网络中最早提出的分层路由算法。LEACH可以将网络整体生存时间延长15%。n基本思想：通过随机循环地选择簇头节点将整个网络能量负载平均到每个传感器节点中，从而降低网络能源消耗，提高网络整体生存时间。层次路由协议nPEGASIS：高能效采集传感器信息系统

6、协议时在LAECH协议上提出的一种改进路由算法。nPEGASIS路由协议在网络中选择一个节点作为起始节点建立一条最优回路链，起始节点将数据融合后的数据信息发送给Sink节点。n由于起始节点的负载较重，PEGASIS采用了全网节点轮流作为回路链起始节点的方式来均衡。层次路由协议nPEGASIS的模型假设：l节点都知道其他节点的位置信息，每个节点都具有直接和基站通信的能力；l传感器节点不具有移动性；l其他模型假设和LEACH中相同。平面路由协议和层次路由协议比较平面路由协议和层次路由协议比较总体来看，平面路由和层次路由的几处差异：总体来看，平面路由和层次路由的几处差异：平面路由协议和层次路由协议比

7、较总体来看，平面路由和层次路由的几处差异：总体来看，平面路由和层次路由的几处差异：能量感知路由n能量路由是最早提出的传感器网络路由机制之一，根据节点的可用能量或传输路径上链路的能量需求，选择数据的转发路径。能量感知路由基于查询的路由n定向扩散路由：是一种基于查询的路由机制，是专门为无线传感器网络设计的。基于查询的路由n谣传路由基于查询的路由n谣传路由协议的执行过程：地理位置路由nGEAR路由：采用查询驱动个数据传送模式，根据事件区域的地理位置信息，建立基站或者汇聚节点到事件区域的优化路径，避免洪泛查询消息，从而减少了路由建立的开销。地理位置路由nGAF路由：地域自适应保真算法GAF是基于有限能

8、量和位置信息的路由算法，它原本是为移动Ad Hoc网络设计的，但同样可以应用于传感器网络，因为的虚拟网络思想为分簇机制提供了新思路。nGAF算法的执行过程包括两个阶段：n1. 虚拟网络的划分。n2. 虚拟网络中簇头节点的选择。地理位置路由地理位置路由nGPSR路由：是贪婪算法和图形算法的结合，它不需要维护路由表，是一种无状态的路由协议。nGPSR协议具有贪婪转发和周界转发两种分组转发方式。可靠路由协议n不相交多路径路由机制n在传感器网络中，为了提高数据传输的可靠性和实现网络负载平衡，引入了多路径路由。n在多路多径路由机制中，多条路径的建立有两种方法：不相交多路径和缠绕多路径。可靠路由协议可靠路由协议n缠绕多路径的建立可靠路由协议nSPEED协议是一个实时路由协议，非常有效可靠，在一定程度上实现了端到端的传输速率保证、网络拥塞控制以及负载平衡机制。路由协议的自主切换n传感器网络中的路由协议自主切换机制应用广泛，它根据应用环境等的变化自动选择合适的路由协议，并将此过程封装起来，向上层一个用提供统一的可编程路由服务。NoImage路由协议的自主切换NoImage路由协议的自主切换NoImage