（计算机应用技术专业论文）无线传感器网络多播路由技术研究.pdf

摘要 电子器件制造工艺和无线通信技术的发展，使大量具有片上微处理能力的微 型传感器节点组成的无线传感器网络逐渐成为工业界和学术界研究的热点问题。 无线传感器网络不需要任何网络基础架构即能自组织成网，网络中的传感器节点 既能采集数据，也能进行报文分组的路由转发，节点间通信通过多跳转发的方式 进行。 随着研究的进展，相对于单发送节点一单接收节点的通信模式，传感器网络 内多接收节点的应用场景不断涌现，点到多点通信模式的多播技术逐渐成为传感 器网络研究的一个新热点。 论文主要围绕适用于传感器网络的多播路由协议进行了深入研究，在国内外 相关研究成果的基础上，通过对比研究适用于a dh o c 网络的多播路由协议，论 文主要做了以下几方面的工作。 论文提出了一种轻量级、完全分布式的适用于无线传感器网络的多播路由协 议l d m r p ，该协议基于源节点到接收节点的最短路径，由源节点按需生成多播 寻径的控制报文，中间节点进行全网泛洪转发，接收节点根据控制报文携带的路 径信息选择加入多播组的路径并应答该控制报文。该协议通过使用多播路径上的 共享链路抑制数据报文的重复传输，从而有效节约了网络带宽，提高了数据报文 到达率。经过大量的模拟实验证明，l d m i 冲协议具有较低的控制开销和较高的 可靠性，是一种通用的多播路由协议。 在l d m i 冲协议的基础上，论文提出了一种分布式的类s t e i n e r 树多播路由 协议。该协议由源节点对接收节点进行分簇，并根据接收节点簇的分布将传感器 网络划分为若干个有效扇区，中间节点根据自身位置是否位于有效扇区决定是否 采用延时泛洪的机制。通过控制报文在路径上的延时累积效应，为接收节点选择 加入多播组的路径提供了更多的网络拓扑信息，进而提高多播组路径中共享链路 的比例，进一步降低数据报文重复转发的概率。经实验证明，选择合适的延时参 数和分簇策略，能在给定的时间约束范围内，为传感器网络建立类s t e i n e r 树的 多播组。 考虑到有较多的传感器网络应用是针对移动目标监测的，论文最后在分析 l d 脚协议和d s t m r p 协议的基础上，为延长多播组的有效工作时间，减少因 多播组频繁建立带来的控制开销，提出了基于转发树模式的多播路由协议 o m r p ；同时，基于d c t c 协议框架，0 m i 冲协议还推导了转发树最优更新策略 以实现能量使用的高效性。 篇v i i 页 根据无线通信的特性，论文分别在l d m r p 协议和d s t m i 冲协议中提出两种 适用于传感器网络的链路检测机制和路径局部恢复算法。实验表明，采用该策略 以后，l d m r p 协议和d s t m r p 协议均能有效地减少用于多播组路径维护的控制 开销，同时也有效地提高了多播路径的可靠性以及数据报文到达率。 关键字：无线传感器网络多播路由分布式轻量级能量高效 第v i i i 页 a b s t r a c t r e c e n ta d v a n c e si nm i c r o e l e c t r o m e c h a n i c a ls y s t e m s( m e m s )t e c l 1 0 1 0 9 y ， w i r e l e s sc o 瑚m u n i c a t i o n s ，a 1 1 dd i g i t a le l e c t r o n i c sh a v ee n a b l e dt h ed e v e l o p m e n to f l o w c o s t ， l o w p o w e r ， m u l t i f h n c t i o n a ls e n s o rn o d e st h a ta r es m a l li n s i z ea 1 1 d c o m m u n i c a t eu n t e t h e r e di ns h o r td i s t a l l c e s t h e s et i n ys e n s o rn o d e s ，w h i c hc o n s i s to f s e n s i n g ， d a t ap r o c e s s i n g ，a n dc o n u n u n i c a t i n gc o m p o n e n t s ， 1 e v e r a g et h ei d e ao f w i r e l e s ss e n s o rn e t w o r k s ( w s n ) b a s e do nc o i l a b o r a t i v ee 丘o r to fal a r g en u m b e ro f n o d e s aw i r e l e s ss e n s o rn e t w o r kd o e sn o tr e q u i r ea n yp r e e x i s t i n gi 1 1 f - r a s t r u c t u r eo r c o n n g u r a t i o nb u ti sf - o 咖e ds p o n t a n e o u s l yb y s e n s o rn 。d e st h a tw i s ht oc o m m u n i c a t e e a c hn o d ei nt 1 1 en e t w o r ka c t sa sar o u t e ra n df o n a r d sp a c k e t so nb e h a l fo fo t h e r n o d e s ，a l l o w i n gn o d e sm a ta r en o tw i t h i nw i r e l e s sr a i l g eo fe a c ho t h e rt oc o m m u n i c a t e o v e r “m u l t i - h o p p a t h s i nc o m r a s tt os i n g l e s o u r c es i n 9 1 e d e s t i n a t i o nu n i c a s t s c h e m e s ，g r o u pc o m m u n i c a t i o ns c h e m e sb e c o m em o r ep o p u l a ri nw s na p p l i c a t i o n s t h a ne v e r ，w h i l em u l t i c a s t i n ga i m i n ga ti d e m i 匆i n go n e t o m 龇l yt r a n s m i s s i o np a t h si s t h em o s tp o s s i b l ew a yt oi t m yt h e s i s i nt h i sd i s s e i r t a 士i o ni sf o c u s e do nl i g h t w e i g h t ， d i s t r i b u t e da n d o n d e m a n df a s h i o nm u l t i c a s tr o u t i n gt e c h n i q u e sf o rw s n a c c o r d i n gt om ef e a t u r e sa n d 印p l i c a t i o nd e m a n d s ，t h et h e s i sp r o p o s e sl d m r p ， ad i s t r i b u t e d ，i i g h t w e i 曲tm u l t i c a s tp r o t o c o lf o rw i r e l e s ss e n s o rn e t w o r k s b a s e do n t h es h o r t e s t p a t ha l g o r i t h m ，l d m r pu t i l i z e st h es h a r e ds u b p a t h sb e t w e e nt l l es o u r c e a n de a c hr e c e i v e rt oc o n s t r u c tam u l t i c a s tg r o u ps o a st or e d u c et h er e d u n d a n t m e s s a g i n ga 1 1 di n c r e a s et h eb a j l d w i d t he 伍c i e n c ya sw e l la st h ee n e r g ye m c i e n c y t h e s i m u l a t i o nr e s u l t si nn s 一2p r o v et h a tl d m r pp e r f o m l sb e t t e rt h 锄t h o s eo n d e m a l l d m u l t i c a s tp r o t o c o l sd e s i g n e df o ra dh o cn e t w o r kw h i c ha r ea l s ow o r k a b l ei nw s n i n s p i r e db yt h e a c h i e v e m e n t so fl d m r p ，t h et h e s i sp r e s e n t sa 1 1o p t i m i z e d d i s t r i b u t e ds t e i n e r 一1 i k em u l t i c a s tr o u t i n gp r o t o c o l ，d s t m r p g i v e nas e to fr e c e i v e r n o d e s ， t h et r a n s m i t t i n gn o d ef l r s t g r o u p st h e m i n t o c l u s t e r sa c c o r d i n gt ot h e i r 1 0 c a t i o n sa j l dm e ns p l i t st h ew s ni m os e v e r a ls e c t i o n sr e g a r d i n gt 1 1 ec l u s t e r s ，d u r i n g c a l c u l a t i n g t 1 1 en e x th o pf o re a c hc l u s t e r ，t h ei n t e n l l e d i a t en o d ew i l le m p l o ya c o n s t r a i n e d f l o o d i n gs c h e m ar e g a r d i n gw h e t l l e ri tb e l o n g st oo n eo ft h es e c t i o n so r n o t t h u s ，m ec o n t r 0 1p a c k e te x p l o r i n gt 1 1 em u l t i c a s tr o u t i n gp a t h sw i l lc a r r ym o r e 第i x 页 i 州b r m a t i o no fn e t w o r kt o p o l o g yb e f o r ei ta 玎i v e sa tt h er e c e i v e r s ，w h i c hi sc a l l e da r e r d e i a y e d e 能c t t h ee x t e n s i v es i m u i a t i o no fd s t m i 冲s h o w st h a ti t c o m p a r e sb e t t e r a g a j n s tl 】) m r pw h i c hu t i l i z e sas i m p l en o o d i n gs c h e m ad u r i n gt h em u h i c a s tp a t h e ) 【p l o r a t i o n a st h em 。b i l eo b j e c tt r a c k i n gs c e n 撕o sa r ec o n c e m e d ，l d m r p a n dd s t m r p w i l lc o n s t m c tm u l t i c a s tt r e e sf r e q u e n t l yw h i c hl e a d st oh i g hc o n t r o lo v e r h e a d a n dl o w e n e r g ye m c i e n c y t h em e s i so 脏r sac o n v e y t r e em e c h a n i s mt op r o l o n gt h el i f e t i m e o fe a c hm u l t i c a s tt r e ea n dr e d u c et h et o t a ln u m b e r so fm u l t i c a s tt r e e sd u r i n 2t h e t r a c k i n gt a s k t h ec o n v e y t r e ei sb u i l tu pi nal i m i t e da r e an e a tt h eo b e c ta j l da c o n v e y - h e a d e ri se 】e c t e dt ow h o mt h en o d e so ft h et r e es e n dt h e i rg e n e r a t i o n s a l s o t h eh e a d e rw i l li n i t i a l i z eal d m r po rd s t m i 冲m u l t i c a s tt r e e r 0 0 t e da ti t s e l fa 1 1 d r e _ t r a n s m i ta l lt h ep a c k e t sf r o mt h ec o n v e yt r e et or e c e i v e r s t h et h e s i sa l s op r o v i d e s a j lo p t l m l z e dr e c o n s t r u c t i o nr u l ef o r c o n v e y t r e e si n t e n d e dt ot h em i n i m a le n e r g y c o n s u m i n g i nt h et h e s i s ，a ne 衔c i e n td e t e c t i o no fb r o k e n1 i 1 1 王( s a 1 1 dl o c a l i z e dr e d a r a t i o n m e c h a l l i s mi s i n t m d u c e d ，w h i c hu t i l i z e st h ec h 狮c t e r i s t i co fw i r e l e s st r a n s m i s s i o n a d e q u a t e l y w i t hv e r yl i t t l ec o n t r o lo v e r h e a d ，i te n h a n c e st 王1 er e l i a b i l i t ya n dr o b u s t n e s s o fl d m r pa 1 1 dd s t m r pa sw e l la st h ed e 怕r n l a n c e k e y w o r d s ：w i r e l e s ss e n s o rn e t w o r k sm u l i t c a s t r o u t i n g d i s t r i b u t e d l i 曲t w e i 曲t e n e r g ye 衔c i e n c y 第x 页 图表目录 图1 1 无线传感器网络体系结构 图1 2 传感器节点硬件体系结构 图1 3 无线传感器网络协议栈 图1 4 传感器节点软件系统结构 1 2 2 3 图1 5 多接收节点的传感器网络。1 7 图2 1 无线环境下的报文逐跳转发 图2 2s p 玳协议工作流程 2 0 2 3 图2 3d i r e 曲e dd i 筋s i o n 协议工作流程2 4 图2 4p e g a s i s 协议工作流程 图2 5h i e m r c l l i c a l p e g a s i s 协议工作流程。 图2 6s p e e d 协议模块示意图 2 6 2 6 2 9 图2 7v l m 2 协议工作原理3 0 图2 8m o b i c a s t 协议工作原理 图2 9g m p 算法工作原理 图3 1 典型的多播应用场景 3 0 3 1 3 6 图3 2l d m r p 协议工作原理3 9 图3 3l d m r p 协议链路故障检测4 6 图3 4l d m r p 协议链路故障误判4 7 图3 5u ) m r p 协议局部路径恢复4 8 图3 6l d m r p 协议接收节点退出4 9 图3 7o d m r p 协议工作原理5 0 图3 8a d m r 协议工作原理5 1 图3 9l d m r p 协议多播路径总跳数5 5 图3 1 0u ) m r p 协议平均能量消耗5 6 图3 1 ll d m r p 协议路由建立延时5 6 图3 1 2l d m i 心协议数据报文到达率。5 7 图3 1 3u ) m r p 协议控制开销。5 7 图3 1 4l d m i 冲协议局部故障处理机制节能效果。5 9 图3 1 5 节点失效概率对数据报文到达率的影响6 0 图4 1 多播路径共享链路的优化。6 4 第i v 页 图4 2 接收节点分布模型。6 5 图4 3l d m r p 协议在不同接收节点分布模型下的性能6 5 图4 4d s t l m 冲协议的有效扇区6 6 图4 5d s t m r p 协议接收节点分簇算法7 l 图4 6d s 沁协议新加入接收节点7 7 图4 7d s t m r p 协议链路局部检测和恢复机制7 8 图4 8d 砌m 冲协议多播组全局维护7 9 图4 9d s t m r p 协议不同网络规模下多播路径总跳数8 1 图4 1 0d s t m r p 协议平均消耗能量8 2 图4 1 1d s t m r p 协议路由建立平均延时8 2 图4 1 2d s t m i 强协议数据报文到达率8 3 图4 1 3d s t m r p 协议控制报文开销8 3 图4 1 4 分簇模式对d s t m r p 协议性能的影响8 4 图4 1 5 有效扇区角度对d s t m r p 协议性能的影响8 5 图4 1 6 延时对d s t m r p 协议性能的影响8 5 图4 1 7 有效扇区角度和延时对协议性能的综合影响效果8 6 图5 1 协议l d m i 强和d s t m r p 在移动目标场景下控制开销9 2 图5 2 协议l d m r p 和d s t m r p 在移动目标场景下平均能量消耗。9 3 图5 3o m r p 协议基本思想。9 3 图5 40 m i 冲协议工作流程9 4 图5 5 基本模式的o m r p 协议9 5 图5 6 移动目标速度变化对协议控制开销的影响9 7 图5 7 移动目标速度变化对协议平均能量消耗的影响9 9 图5 8 移动目标速度变化对协议数据报文到达率的影响l o o 图5 9 能量e o 分析1 0 4 图5 1 0 移动目标速度变化对参数l 的影响。1 0 5 图5 1 1 参数，对协议性能的影响1 0 6 图5 1 2 中间节点复用策略的节能效果1 0 7 第v 页 表3 1l d m r p 协议报文头格式4 0 表3 2l d m r p 协议控制报文类型4 1 表3 3l d 加r j p 协议源节点数据结构4 1 表3 4l d 加r p 协议中间转发节点数据结构4 2 表3 5l d m r p 协议接收节点数据结构4 3 表3 6 传感器节点参数设置5 3 表3 7a d m r 协议参数设置。5 3 表3 8l d m r p 协议参数设置5 3 表3 9l d m r p 协议模拟场景参数5 4 表3 1 0l d m i 冲协议中间节点报文处理伪代码。6 1 表4 1d s t m r _ p 协议报文头格式6 7 表4 2d s t 加r p 协议控制报文类型6 8 表4 3d 栅协议源节点数据结构6 8 表4 4d s t m r p 协议中间节点数据结构6 9 表4 5d s t m i 冲协议接收节点数据结构7 0 表4 6d 删协议静态模式分簇策略伪代码7 2 表4 7d s t i m 冲协议动态模式分簇策略伪代码7 3 表4 8d s t m r p 协议参数设置：8 0 表4 9d s t 加r j p 中间节点报文处理伪代码8 8 表5 1 转发树构建算法伪代码9 7 表5 2o m r p 协议根节点数据结构9 7 表5 3o m r p 协议转发树节点数据结构。9 7 表5 4 最小转发树序列的构建算法伪代码1 0 8 第v i 页 论文独创性声明 本论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果论文中 除了特别加以标注和致谢的地方外不包含其他人或其它机构已经发表或撰写 过的研究成果其他同志对本研究的启发和所做的贡献均已在论文中作了明确 的声明并表示了谢意 作者签名 论文使用授权声明 日期： 本人完全了解复旦大学有关保留、使用学位论文的规定即：学校有权保 留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅：学校可以公布论文的全部或部 分内容可以采用影印、缩印或其它复制手段保存论文保密的论文在解密后 遵守此规定 作者签名导师签名 、 1 i 孑t 埸 日翘兰二_ 第一章绪论 当前信息技术可以实现信息的海量存储、高速传输以及快速处理，但信息的 获取却仍未达到自动化水平。微传感器技术、微电子技术、无线通信技术以及计 算技术的进步，极大地推动了集信息采集、处理、无线传输等功能于一体的无线 传感器网络的发展。无线传感器网络将逻辑信息世界和客观物理世界融合在一 起，将改变人类与物理世界的交互方式，扩展人类认识物理世界的能力。 1 1 无线传感器网络的概念与特点 无线传感器网络( w n l e s ss e n r n e 脚o r l 【s ，w s n ) 是由部署在监测区域内 大量低成本、低功耗、具备感知、数据处理、存储和无线通信能力的传感器节点 通过自组织方式形成的网络，其目的是协作地采集、处理和传输网络区域内被感 知对象的信息【a s s 0 2 】。 图1 1 无线传感器网络体系结构 典型的无线传感器网络通常包括传感器节点( i l s o rn o d e ) ，接收节点( s i n k n o d e ) 以及任务管理节点。图1 1 是无线传感器网络体系结构示意图。大量的传 感器节点通过随机部署或者预定义部署的方式分布在监测区域内，通过自组织方 式形成多跳无线通信网络。传感器节点负责采集感兴趣事件或者目标的相关信 息，并沿某条路径通过其它节点将数据逐跳传回接收节点，在由接收节点通过 h t e n l e t 或者卫星网络将数据传送给任务管理节点。 传感器节点通常是一个微型的嵌入式系统。图1 2 是典型的传感器节点硬件 体系结构示意图。传感器节点主要由传感器模块、处理器模块、无线通信模块和 第l 页 能量供应模块等组成。传感器模块与应用密切相关，用于感知、获取外界的信息， 并将其转换为数字信号( a d 转换) 。其它三个模块与应用相对独立。其中，电 源为传感器提供正常工作所必需的能源。微处理器负责对整个节点进行控制、存 储和处理本身采集的数据以及其它节点发来的数据，并负责协调节点各部分的工 作，如对感知部件获取的信息进行必要的处理保存，控制感知部件和电源的工作 模式等。通信模块负责与其它传感器或观察者的通信。某些特殊功能的传感器节 点还配备定位模块和移动机构，使节点能知晓自身所在位置以及具有行动能力。 图1 2 传感器节点硬件体系结构 传感器节点通过网络协议自组成网。图1 3 是一个典型的无线传感器网络协 议栈示意图。这个协议栈包括物理层、数据链路层，网络层、传输层和应用层。 此外，协议栈还包括能量管理、移动管理和任务管理三个层面，使得传感器网络 能够按照能量高效的方式协同工作、路由数据以及共享资源。 图1 3 无线传感器网络协议栈 第2 页 根据实际应用的具体要求，不同的应用软件可以部署在协议应用层之上。根 据上层应用的需要，传输层负责数据流的传输控制：网络层负责对传输层交付的 数据进行路由选择；由于环境以及拓扑变化的影响，数据链路层负责数据成帧、 信道访问控制、冲突检测以及差错控制；物理层提供简单但鲁棒的信号调制和无 线收发技术；能量管理层面主要管理传感器节点如何高效使用有限的能量，贯穿 了网络协议栈各个层次；移动管理层面检测并控制传感器节点的移动，为维护到 接收节点的路由提供帮助，并且使传感器节点能够及时更新邻居信息；任务管理 层面负责实现节点间任务调度以及节点间负载平衡。 传感器节点的软件系统可以分为三个层次：操作系统层、系统服务层和应用 层( 如图1 4 所示) 。操作系统层提供硬件访问接口和任务执行环境。系统服务 层包括网络通信协议、能量管理、定位与定时等，主要为应用提供所需的系统服 务。应用层实现特定应用所需的功能，包括对来自多个传感器节点的数据进行融 合等。 围困圈日团燃务磁 撵叶系统奠 图1 4 传感器节点软件系统结构 在实际应用中，传感器节点通常存在一些现实的约束【a s s 0 2 】； ( 1 ) 电源能量有限 由于体积和成本的限制，通常使用容量有限的电池为传感器节点提供能量。 此外，由于传感器节点数量大，而且通常被布置到战场、沙漠、沼泽等不易接近 的环境中，更换电池或者为电池充电并不现实。因此，如何高效使用有限能量以 延长传感器网络的生存时间是无线传感器网络设计面临的主要问题。 ( 2 ) 通信能力有限 传感器节点无线通信的能耗与通信距离的n ( 1 n o ) ，在无线传感器网 络中泛洪，直至r r l 为o 。 s 斟k j c a s t j 0 i n 接收节点应答报文。 由接收节点收到来自源节点的 s o u r c ea d v e r t i s e m e n t 后生成，该控 制报文将反向单播到源节点；不在该反向路 径上的其他节点收到此控制报文后丢弃不 再转发。 r e p a i rn o t i f i c a t i o n 链路故障通知报文。 由检测到链路故障的节点产生，该报文可以 抑制所有下游节点不再发出链路故障通知 报文；同时也能在发生故障的局部范围内重 建多播链路。 3 2 2 3 节点数据结构 源节点的数据结构s 0 u r c et a b l e ：仅在被所监测的事件触发且产生多播 数据报文的节点( 源节点) 上有效。主要包含的字段为： 表3 3l d m r p 协议源节点数据结构 字段名含义 l a g 当仅当前节点为源节点方为有效； s o t l r c es t n t e 杯不j r 当前节点处于协议何种状态， ( 1 ) s r c - c o m 姬c t i o n s e t u p ： l d m i 冲初始化建立，源节点处于等待 接收节点加入多播组的控制报文的状 第4 l 页 态；在此期间，源节点仅缓冲多播数据 报文。 ( 2 ) s r q c o 咂c t e d ： l d m r p 协议初始化完成，源节点开始 多播数据报文。 n 吐盯却n l j i m e 预期应答报文到达最大时间间隔。超过该时 限未收到来自任何接收节点的应答控制报 文，则再次发送多播组建立请求报文，直至 到达删口c 妇谚m 船字段中定义的次数。 t l 船c 娩d j i m e s 未收到接收节点应答报文的多播初始化次 数，该值超过预设值源节点会停止广播控制 报文，结束l d m r p 协议工作。 “埘e ， 计时器。 该字段归零时，源节点不再发送数据报文。 每次收到来自其他节点的控制报文后则复 原为初始值。 中间节点的数据结构f o r 、聊岷d e r j 队b l e ：当仅当节点成为中间转发节点 时才有效，该数据结构由节点为每一个多播组创建。 表3 4l d m i 协议中间转发节点数据结构 字段名含义 m c 黜t g r o u p j d 该子段为多描组杯不孑孑，l d m r _ p 协议迥常 取其为源节点玩用于区分不同的多播组。 毋d g仅当当前节点为多播组的中间转发节点时 方为有效。 s t n | e杯不中间节点处于l d 姆协议何种状态： ( 1 ) f w dc o m 咂c 1 r 1 0 ns e t u p ： l d 加r p 协议初始化过程中，当前节点 转发s o u r c ea d v e r t i s e m e n t 后， 等待来自接收节点的 s n km c a s tj o i n 时所处状态； ( 2 ) f w d c o n n e c t i o n 喇t ： 发生链路失效时，中间节点所处状态； ( 3 ) f w dc o n n e c t e d ： l d m i 冲协议初始化过程结束，中间节 点所处状态，当仅当中间节点处于该状 态方能进行数据报文的转发； 掣l c d 铆f 用于记录所有来自于源节点的报文中最小 的矗印“脚值。该值也即表示了当前节点 与源节点之间的最短路径长度。 第4 2 页 婶s t r e n m j o d e 用于记录当前多播组中，其上一跳节点( 前 继节点) 的m a c 地址。该字段维护了多播 组的路径信息，在多播组工作过程中，中间 节点仅转发来自其前继节点的所有报文。 “肌e ，计时器。 该字段归零后不再转发数据报文( 不包括控 制报文) ；每次转发完数据报文后都复原为 初始值。 接收节点的数据结构r e c e e r t a b l e ： 表3 5l d 冲协议接收节点数据结构 字段名含义 曩d g s仅当当前节点为多播组的接收节点时方为有 效。 q p 二，d 堋f 用于记录所有来自于源节点的报文中最小的 矗印堋r 值。该值也即表示了该接收节点与 源节点之间的最短路径长度。 婶s t r e n m n o d e 用于记录当前多播组中，其上一跳节点( 前 继节点) 的m a c 地址。 p a c k e t - - b u f f e r ：缓冲最近收到且需要转发的控制数据报文。用于避免 同一分组重复传输，以及局部链路修补过程中缓冲相关报文，报文管理采用f i f o 策略。 3 2 3l d m r p 协议建立多播路由状态 3 2 3 1 源节点初始化多播组 l d m r p 协议是按需( o n d e m a n d ) 生成的多播路由模式。在无线传感器网 络中，当有监测事件发生，触发某个传感器节点( 目标事件采样值大于门限值) 。 该节点为当前事件数据的发送寻找多播路由，并初始化s o u r c e1 1 a b l e ，置字 段s d “”p 妣蹴为s r cc o n n e c t l 0 ns e l l j p ，设字段口砖册f v 口，砌理和 “n 口出d ，砌e s 为默认值或者根据具体应用要求设置；同时，初始化生成控制报 文s o u r c ea d v e r t i s e m 日n t ，并置其m 字段头目标地址为 a l ld e s t i n 加0 n s ，全网泛洪该数据报文。泛洪过程详见3 2 3 2 描述。 完成以上步骤后，源节点s 进入等待状态并使用p a c 玎b u f f e r 来缓冲 被监测事件触发产生的数据报文。当仅当收到第一个来自于接收节点的 s n km c a s tj o n 控制报文后才置昭为真，置舳删j 胁耙为 第4 3 页 s r c - - c o 咂c t e d ，并开始发送数据报文。 若在指定的础口r r f l ，口，砌圮内，源节点未收到任何来自接收节点的应答， 则再次发送多播组建立请求s o u r c ea d v e r l l s e m e n t ，直至达到 ”m 如d 砌埘中预定义的次数，并退出u ) m i 冲协议的初始化多播路由过程。 3 2 3 2 中间节点报文转发 l d m r p 协议主要通过中间节点在源节点和接收节点间转发请求应答控制 报文，利用i l 印“玎f 字段和报文携带的m a c 地址信息，基于源节点到接收节 点的最短路径，建立了服务于多播组的中间节点转发表；在多播过程中，中间节 点仅转发来自其上一跳节点的所有报文。本节重点讨论了中间节点建立转发表状 态的过程和所有报文处理流程。 传感器节点收到任何报文，首先会根据本地缓存来判断是否为重复报文，若 是则丢弃并结束报文处理流程。另外，对于数据报文，若该报文携带的 印册r 值大于当前节点转发表状态记录的 叩删值，则该报文丢弃。 对于数据报文，仅当传感器节点为当前多播组创建的f o r 、v u 国e rt a b l e 的状态为f w dc o n n e c t e d 时，才被再次多播转发；转发前更新报文的 厅印c d 堋r ，p 陀 印口蒯h 嬲等相关字段。 对于控制报文，传感器节点首先判断其l d m r p 报文头标示类型，根据自身 所处状态进行以下相应处理： ( 1 )对于s o u r c ea d v e r t i s e m e n t 控制报文 a ) 若该传感器节点不是当前多播组的中间节点 i 如当前多播组对应的f o r l 脚e rt a b l e e n t r y 不存在( 表明 该控制报文首次为当前节点接收) ，当前节点则为该源节点创建 并初始化其对应的f 0 则e rt a b l ee m r y ，并置其字段 s 幻耙为f w dc o h n 咂c t i o ns e n j p ，更新l 牡格抛硎以d 出字段 为转发该报文的上一跳节点m a c 地址；继续泛洪该报文。 i i 在该状态下，当仅当第一次收到s i n km c a s tj o i n 报文时字 段j f 日把才会被置为f w dc 0 n n e c t e d ，同时将该报文转发至 字段“卵船硎加如中记录的上一跳节点。 b ) 否则，即已存在f o r 、 ，a i u ) e rt a b l ee 咖，则多播转发该控制报 文，如该控制报文的 叩堋f 小于当前节点转发表中记录的状态 字段 印c o “n ，则更新对应的纪录，包括上一跳节点地址 坼s 抛册”d 出等；其他情况下丢弃该控制报文。 ( 2 )对于s i n km c a s tj o i n 控制报文 第4 4 页 a ) 若该当前传感器节点转发表的f 0 刚e r j 柚l e 状态字段m 以 为f w dc o n n e c t i o ns e l li p ，则更新为f w dc o 旺c t e d ， 同时将该报文单播转发给其z 娜抛册l 加如记录的上一跳节点，确 保该控制报文沿反向路径转发到多播组源节点。 其他情况下，该报文丢弃。 3 ) 对于r e p ：a i rn 0 1 r i f i c 觚o n 控制报文 a ) 当传感器节点非多播组的中间转发节点时，为其创建并初始化对应 多播组的f 0 刚e r1 a b l ee n 扛y ，置其状态字段咖f e 为 f w dc o m 姬c t l 0 nw a i t ，字段 印堋f 更新为该控制报文携 带的 印c d “m 值，字段啪f 抛删甩d 出更新为上一跳转发该报文的 节点m a c 地址；并将控制报文继续全网泛洪。特别的，在该状态 下， 印聊r 值表示了当前节点距初始化发送该控制报文的中间节 点距离，撕册l 挖。如实际上应为多播组的下一跳节点m a c 地址。 在该状态下，仅当该节点首次收到来自多播组的数据报文时，对应 状态字段s 卿更新为f w dc o n n e c t e d ，并将该报文继续单播给 妒s 脚删加如记录的节点；同时，字段 叩堋f 更新为该数据报 文携带的 印c d “m 值，字段叨s 抛硎加如更新为上一跳转发该数 据报文的节点m a c 地址； b )否则，若节点的f o r 、 ，a r d e r1 ：a b l e 状态为f w dc o n n e c t e d 时，该节点将等候w a j t t i m e 时间，期间未收到具有更小 印c o “耐 值的该控制报文，则单播该报文给源节点，以抑制所有前继节点对 该控制报文的响应，同时开始转发多播组的数据报文给前一跳发送 i 通p a i rn o t l f i c 觚0 n 控制报文的节点； 中间节点的报文处理伪代码见表3 9 。 3 2 3 3 接收节点加入多播组 当接收节点收到来自源节点的s o u r c ea d v e r t i s e m e n t 控制报文后， 确定加入多播组则发出s 玳km c a s tj o i n 控制报文。该报文反向沿 s o u r c ea d v e r t i s e m e n t 的到达路径不断转发，直至到达源节点，这个过程 通过中间节点的f o r 、w 淑d e rt a b l e 的字段印船口m 出记录的上一跳节点 m a c 地址来确保路由寻径的正确性。考虑到相邻近的接收节点会使用部分共享 路径转发s 玳km c a s tj o i n 控制报文，为避免重复的转发控制报文，在3 2 3 2 中，l d m i 冲协议采用了过滤技术，对于中间节点而言，仅当其在 f w dc o n n e c l l o ns e t u p 状态下首次收到s 矾km c a s tj o i n 控制报文才 第4 5 页 会向其上一跳节点转发，其他情况下，直接丢弃请求加入多播组的控制报文。 在l d 冲协议中，接收节点会继续以3 2 3 2 描述的方式泛洪 s o u i 比幽v e r ：n s e m e n t 控制报文。 3 2 4 中间节点转发表状态维护 如3 1