第讲路由协议PPT课件.ppt

1 第2章 路由协议 2 复习 1 无线网络的分类 三种网络的关系 WSN Adhoc 无线宽带网 GSM 3G WiFi WiMax 动态拓朴分组传输 准静态拓朴多对一模式网内数据处理 宽带优化 功耗优化 3 复习 2 无线传感器网络的定义 大规模 无线 自组织 多对一 多跳 无分区 无基础设施支持的网络 其中的节点是同构的 成本较低 体积较小 大部分节点不移动 被随意撒布在工作区域 要求网络系统有尽可能长的工作时间 4 复习 3 传感器网络节点的组网 1 2 3 4 5 复习 4 WSN的系统架构图 互联网 卫星移动通讯网络 汇聚节点 管理节点 传感器节点 用户 待测区域 6 复习 5 无线传感器节点的功能模块 处理器模块 处理器 存储器 无线通信模块 收发器 MAC 嵌入式软件系统 电源模块 网络 7 复习 6 无线传感器节点网络体系 三部分 网络层 路由 数据链路层 MAC 传输层 传输控制 物理层 声 光 电磁 能量管理平台 网络管理接口 时间同步 定位 应用层 移动管理平台 任务管理平台 网络通信协议 网络管理平台 应用支撑平台 应用服务接口 8 主要内容 2 1基本概念2 2WSN路由协议的特点2 3WSN路由协议的分类2 4以数据为中心的路由协议 9 2 1基本概念 1 路由选择 routing 是指选择互联网络从源节点向目的节点传输信息的行为 并且信息至少通过一个中间节点 2 路由协议 路由算法 负责将数据分组从源节点通过网络转发到目的节点 10 2 1基本概念 3 路由协议的功能 1 确定最佳路径 2 数据交换 11 2 2WSN路由协议的特点 1 能量优先 设计路由协议需要考虑 节点的能量消耗网络能量的均衡使用 12 2 2WSN路由协议的特点 2 基于局部拓扑信息 在节点只能获取局部拓扑信息和资源有限的情况下 如何实现简单高效的路由机制是无线传感器网络的一个基本问题 13 2 2WSN路由协议的特点 3 以数据为中心 无线传感器网络中大量节点随机部署 所关注的是检测区域的感知数据 而不是具体哪个节点的信息 不依赖于全网唯一标识 网络包括多个传感器节点到少数汇聚节点的数据流 按照对感知数据的需求 数据通信模式和流向等 以数据为中心形成消息的转发路径 14 2 2WSN路由协议的特点 4 应用相关 应用环境千差万别 数据通信模式不同 没有一个路由机制适合所有的应用 设计者需要针对每一个具体应用的需求 设计与之适应的特性路由协议 15 2 3WSN路由协议的分类 1 以数据为中心的路由协议 对感知到的数据按照属性命名 对相同属性的数据在传输过程中进行融合操作 减少网络冗余数据的传输 16 2 3WSN路由协议的分类 2 集群结构的路由协议 重点考虑路由算法的可扩展性 将传感器节点按照特定规则划分为多个集群 簇头节点汇集集群内感知或者转发其他簇头节点的数据 17 2 3WSN路由协议的分类 3 地理位置信息路由协议 假定传感器节点能够知道自身地理位置或通过基于部分标定节点的地理位置信息计算自身地理位置 位置信息作为辅助条件 用来改善一些已有的路由算法的性能 也可直接使用地理位置信息来实现路由 18 2 3WSN路由协议的分类 4 基于QoS的路由协议 协议在实现路由发现和维护的同时 还力求满足网络的QoS需求 19 2 5以数据为中心的路由协议 1 泛洪 Flooding 协议 A B C D E F H S G 20 2 5以数据为中心的路由协议 1 泛洪 Flooding 协议 缺陷 内爆 节点几乎同时从邻近节点收到多份相同数据交叠 节点先后收到从邻近节点相同数据资源利用盲目 任何情况下都转发数据 21 2 5以数据为中心的路由协议 2 SPIN路由算法 基本思想 邻近的节点所感知的数据具有相似性 通过节点间协商的方式减少网络中数据的传输的数据量 元数据 原始感知数据的一个映射 22 1 ADV扩散 2 5以数据为中心的路由协议 2 SPIN路由算法 B A 2 数据请求 B A 3 数据传输 B A 4 ADV扩散 B A 5 数据请求 B A 6 数据传输 B A 23 2 5以数据为中心的路由协议 2 SPIN路由算法 优点 ADV消息减轻了内爆问题 通过数据命名解决了交叠问题 节点根据自身资源和应用信息决定是否进行ADV通告 避免了资源利用盲目问题 缺点 若邻近节点都不需要数据时 导致数据不能转发 在大规模网络中 内爆问题依然存在 24 2 5以数据为中心的路由协议 3 DD路由算法 基本思想 汇聚节点周期通过泛洪的方式广播 兴趣 的数据包 告诉其他节点需要收集什么样的数据 兴趣 在网络扩散的过程中建立了路由路径 采集到 兴趣 相关数据的节点通过路由路径将数据传送到汇聚节点 25 2 5以数据为中心的路由协议 3 DD路由算法 定向扩散协议 Sink 数据源 兴趣扩散 Sink 数据源 梯度建立 Sink 数据源 路径加强 26 2 5以数据为中心的路由协议 3 DD路由算法 兴趣扩散 Sink 数据源 兴趣消息中含有 任务类型 目标区域 数据发送速率 时间截等参数 节点在本地保存一个兴趣列表 每个兴趣记录了该兴趣消息的邻近节点 数据发送速率和时间截等任务信息以建立该节点向汇聚节点传递数据的梯度关系 每个兴趣可能对应多个邻近节点 每个邻近节点对应一个梯度关系 通过定义不同梯度相关参数 可以适应不同的应用需求 27 2 5以数据为中心的路由协议 3 DD路由算法 兴趣扩散 Sink 数据源 当节点收到邻近节点的兴趣消息时 首先检查兴趣列表中是否存有参数类型与收到兴趣相同表项 而且对应节点是该邻近节点 若参数类型一致 更新表项的有效时间 若不包含发送该兴趣消息的邻近节点 就在相应表项里添加这个邻近节点 对于其他任何情况 都需要建立一个新表项来记录这个新的兴趣 若收到的兴趣消息同节点刚刚转发的兴趣消息一致 为避免消息循环则丢弃该消息 否则转发受到的兴趣消息 28 2 5以数据为中心的路由协议 3 DD路由算法 梯度建立 当传感器节点采集到与兴趣匹配的数据时 把数据发送到对应梯度域的邻近节点 节点的兴趣表项中可能存在多个梯度域 节点要向多个梯度域中记录的邻近节点转发数据 节点收到一个数据后 首先在兴趣Cache中是否有相同的兴趣表项 若没有 表示此节点不需要接收这个数据 该数据被丢弃 若找到匹配的兴趣表项 就在数据Cache中查找是否收到过相同数据 若无 将该数据加到数据Cache中 否则丢弃该数据 数据源 Sink 29 2 5以数据为中心的路由协议 3 DD路由算法 路径加强 汇聚节点在收到从源节点发送的数据后 启动建立到源节点的加强路径 后续数据将沿着加强路径以较高的数据速率进行传输 汇聚节点选择首先发来最新数据的邻近节点作为加强路径的下一个跳节点 向该邻近节点发送路径加强信息 路径加强消息中包含新设定的较高发送数据速率值 收到收到路径加强信息后 用同样的规则选择加强路径的下一跳节点 源节点按照加强路径发送数据到