第5章-无线传感器网络的传输协议-郑军

第5章无线传感器网络的传输协议,运行在传输层的网络协议，主要作用是利用下层提供的服务向上层提供端到端的可靠、透明的数据传输服务。因此，传输协议需要支持拥塞控制和差错控制等功能，以提高数据传输的可靠性和网络的服务质量。同时传输协议的设计必须考虑网络的能量效率，以延长网络的生存事件。许多WSN应用要求传感器网络必须具备可靠地端到端的数据传输功能，虽然高效的MAC协议和路由协议能够在一定程度上缓解网络拥塞的发生，但仍不够，为了提高数据传输的可靠性和网络的服务质量，需要采用有效的传输协议来进一步避免或减轻网络中的拥塞现象。,传输层是是最靠近用户数据的一层，主要负责在源和目标之间提供可靠的、性价比合理的数据传输功能。为了实现传输层对上层透明，可靠的数据传输服务，传输层主要研究端到端的流量控制和拥塞的避免，保证数据能够有效无差错地传输到目的节点。传统的IP主要采用TCP协议（传输控制协议），也有的使用UDP协议(用户数据报协议)，其中UDP采用的是无连接的传输，虽然能够保证网络的实时性，时延非常小，但其数据丢包率较高，不能保证数据可靠传输，不适用于无线传感器网络。TCP协议提供的是端到端的可靠数据传输，采用重传机制来确保数据被无误地传输到目的节点。,5.1无线传感器网络传输层协议概述,由于无线传感器网络自身的特点，TCP协议不能直接用于无线传感器网络，原因如下：TCP协议提供的是端到端的可靠信息传输，而WSN中存在大量的冗余信息，要求节点能够对接收到的数据包进行简单的处理。TCP协议采用的三次握手机制，而且WSN中节点的动态性强，TCP没有相对应的处理机制。TCP协议的可靠性要求很高，而WSN中只要求目的节点接收到源节点发送的事件，可以有一定的数据包丢失或者删除。TCP协议中采用的ACK反馈机制，这个过程中需要经历所有的中间节点，时延非常高且能量消耗也特别大；而WSN中对时延的要求比较高，能量也非常有限。对于拥塞控制的WSN协议来说，有时非拥塞丢包是比较正常的，但是在TCP协议中，非拥塞的丢包会引起源端进入拥塞控制阶段，从而降低网络的性能。最后一点也最重要，在TCP协议中，每个节点都被要求有一个独一无二的IP地址，而在大规模的无线传感器网络中基本上不可能实现的，也是没有必要的。,5.1.1无线传感器网络传输协议的特点,无线AdHoc网络是与无线传感器网络最类似的一类网络，其传输协议也不能直接用于无线传感器网络，原因如下：无线传感器网络规模较大，一般大规模部署节点，其节点数可能达到无线AdHoc网络的几十倍甚至几千倍。传感器节点的计算能力和能量存储有限，远小于无线AdHoc网络节点。无线AdHoc网络的任务是保证移动借点之间的互联，允许用户动态的移动、加入或离开，较多使用对等通信方式（P-to-P）；而无线传感网则以数据为中心，以感知数据及监测为主要任务，主要采用多对一的传输模式。,2.无线传感器网络传输协议的特点,（1）节能优先（2）多对一传输模式上行汇聚传输：拥塞控制和差错控制，实现可靠传输下行传输：保证指令或查询消息能可靠传达（3）以数据为中心（4）应用相关性强,5.1.2无线传感器网络传输协议的分类,根据功能划分为拥塞控制协议、可靠传输协议、拥塞控制和可靠传输混合协议三类。,1）拥塞控制协议用于防止网络拥塞的产生，或缓解和消除网络中已经发生的拥塞现象，根据控制机制可分为：面向拥塞避免的协议通过速率分配或传输控制等方法来避免在局部或全网范围内出现数据流量超过网络传输能力而造成拥塞的局面。面向拥塞消除的协议在网络发生拥塞后通过采用速率控制、丢包等方法来缓解拥塞，并进一步消除拥塞,2）可靠传输协议用于保证传感器数据能够有序、无丢失、无差错地传输到汇聚节点，向用户提供可靠的数据传输服务。根据传输数据单位，可分为：基于数据包的可靠传输保证单个数据包传输的可靠性基于数据块的可靠传输用于网络指令分发等需要大量数据的场合基于数据流的可靠传输周期性数据采用汇报适用于数据流的可靠传输,还可以分为基于数据的可靠传输和基于任务的可靠传输（WSN特用的）,5.2无线传感器网络传输协议设计,1.设计目标能量效率、传输可靠性（数据，任务）、可扩展性、自适应性、服务质量、公平性,2.技术挑战如何再满足可靠传输和服务质量的情况下尽量降低能耗、减少使用的存储空间是一个技术挑战解决局部或全网拥塞控制和能量消耗不均在不同的性能要求中实现最佳的平衡是一个技术难点,5.3无线传感器网络的拥塞控制基本机制,拥塞控制的目标是避免拥塞或及时检测并缓解网络中出现的拥塞现象，拥塞控制的设计需要考虑以下几方面：能量有效性拥塞控制的开销尽量小，以节省能耗，同时避免因控制开销加剧拥塞的程度实时性能够及时地检测到网络的拥塞状况，并且能够在网路发生用赛后短时间内缓解拥塞，避免拥塞进一步加剧公平性保证所有需要发送的节点都有机会发送数据，保证传输的公平性面向应用拥塞控制可以采用丢弃过时数据包或调整数据源汇报速率的方法实现，这些方法的引入会一定程度上影响到感知任务的质量，拥塞控制的设计应满足应用基本要求为前提拥塞控制可分为拥塞避免和拥塞消除两种机制,5.3.1拥塞避免机制,通过速率分配和传输控制等方法来避免在局部或全网范围内出现拥塞。,1.速率分配对网络中各个节点的传输率进行合理的分配和严格的限制来避免拥塞的产生。要求网络中节点能够很好地协调与合作。理想状况下，合理控制各个节点的传输速率能够有效地避免拥塞和丢包，提高网络的吞吐量、传输可靠性和其他服务质量指标。但是，考虑到网络的拓扑、数据准确性、服务质量要求以及无线信道的共享特性等因素，很难实现全网最优的分布式速率分配。,2.传输控制节点根据网络参数（节点缓存状态、网络拓扑等）决定是否转发数据或确定转发速率，以避免拥塞的发生。基于缓存状态的传输控制主要解决如何避免网络拥塞时的缓存溢出问题，采用该控制机制，发送节点仅在接受节点的缓存由足够的剩余接收空间时才向其发送数据，避免了接收节点因缓存溢出而造成的丢包。合理设置剩余空间的门限值是这种机制需要解决的关键问题。,5.3.2拥塞消除机制,由于网络的动态性和应用的多样性等原因，完全避免拥塞时不现实的，传输协议需要解决的问题是在拥塞发生后消除拥塞。拥塞消除由拥塞检测、拥塞通知和拥塞缓解3个功能构成,1.拥塞检测（1）基于缓冲区占用率的检测传感器节点检测自己缓冲区的占用情况，当数据包接收速率大于发送速率，缓冲区堆积到一定程度且超过某一限值时，预测拥塞即将发生。不准确：当数据包重传达到最大次数后，节点将丢失该数据包，此时缓冲区占用率可能下降，而信道拥塞状况未缓解,（2）基于信道采样的检测传感器节点周期性地进行信道采样，以监测信道占用程度，评估信道负载状况。若信道长时间处于繁忙状态，任务发生拥塞。这种方法会消耗额外的能量进行信道检测，需要解决如何在尽可能减少开销的情况下准确检测拥塞是否发生,（3）基于包间隔和包服务时间的检测传感器节点可以根据从相邻节点收到的数据包到达的时间间隔以及数据包从到达缓存区到被发送出去的服务时间来判断是否发生拥塞。若到达时间间隔或服务时间过长则认为发生拥塞,（4）基于丢包率的检测传感器节点可以根据丢包的次数或频度判断网络是否发生拥塞。检测功能只在数据包被缓存或丢弃时触发。？拥塞并非丢包的唯一原因。,（5）基于负载强度的检测（综合性好）负载强度是综合考虑节点的流量负载情况、信道竞争状况以及所有相邻节点的本地流量信息计算出的一个综合性的度量值。当负载强度超过一定门限时，则认为发生拥塞。,（3）基于数据逼真度的检测通常由汇聚节点执行检测，通过检查收集到的感知数据的准确度来判断是否拥塞,2.拥塞通知当传感器节点检测到拥塞后，需将拥塞状态通知给相关节点。可分为（1）显式通知直接以控制包的形式通知拥塞信息（2）隐式通知用数据包捎带拥塞信息，并由相关节点侦听信道获得。,3.拥塞缓解拥塞缓解是拥塞消除的重要部分，其性能对拥塞消除的效果有很大影响。可以分为以下几种机制：,（1）速率控制通过调节源节点数据产生速率或中间节点转发速率来缓解拥塞。源节点速率控制：由目的节点根据接收数据的情况反馈给所有源节点控制信息，来指示这些源节点如何调节发送速率转发节点速率控制：逐跳调整，节点根据相邻节点的拥塞通知调整转发速率,注：网络发生拥塞时，速率控制是最常用的拥塞缓解机制，大部分传输协议都会采用速率控制机制,（2）流量调度通过绕路、分流或则重定向等方式来减少拥塞区域的数据流，以缓解拥塞。通常可与多路径路由协议相结合，路由协议可预先确定备用路径或是在拥塞发生后快速生成备用路径。网络正常工作状态，节点按照主路径路由数据。当拥塞发生后，节点可快速启用备用路径，缓解主路径上的拥塞。,（3）数据处理传感器节点通过对数据进行丢弃、压缩或融合来减少数据量。由于WSN中存在大量冗余和相关性，只要传送到汇聚节点的信息满足应用要求，节点即可以丢弃冗余数据。该方式是WSN中特有的拥塞控制方式,5.4无线传感器网络的可靠传输基本机制,可靠传输的主要作用是解决传输过程中的数据包丢失问题，保证目的节点能够获得完整有效的数据信息或能够准确地还原出原始事件状态从而完成感知任务。为避免或减少丢包造成的影响，传输协议可以采用丢包恢复、冗余传输和速率控制等基本机制来实现可靠传输。,5.4.1丢包恢复机制,在发生丢包的情况下，丢包恢复机制铜鼓重传数据包来实现数据的可靠传输。由丢包检测和反馈与重传恢复等功能组成。1.丢包检测和反馈端到端检测反馈：由目的节点负责检测丢包并返回应答逐跳检测反馈：由中间节点逐跳检测并返回应答丢包检测最常用的方法是通过应答方式检测，即接受节点根据收包情况返回应答，发送节点根据应答判断是否需要重传。,应答方式包括：（1）ACK方式接收节点每接受到一个数据包后返回一个ACK控制包，发送节点发送数据后维护一个定时器，在定时器超时前收到接收节点的ACK则确认该数据包成功传输，清除该包的缓存和定时；否则进行超时重传。对于每个数据包，接收节点都需要反馈一个ACK,负载较大，不适合数据量较小或信道质量良好的情况。（2）NACK方式源节点在发送的数据包中添加序列号，缓存发送的数据包。目的节点通过检测数据包序号的连续性判断收包情况。若目的节点正确收到数据包，则不反馈任何确认信息，若检测到数据包丢失，则向源节点返回NACK包，并明确要求重发丢失的数据包。NACK只针对少量丢失的数据包反馈，相比ACK方式减少了负载和能量消耗。缺点是源节点必须缓存所有发送数据，且目的节点必须知道首包和末包的序列号。若只有单个数据包传输或是首末包丢失，NACK不能保证可靠传输。,（3）IACK方式发送节点发送数据包后缓存该包，监听接收节点的数据传输，若监听到接收节点已将该数据包发给其下一跳节点，则认为传输成功并清除缓存。IACK方式不需要控制开销，负载最小，但只能在单跳范围内使用，是一种逐跳检测反馈机制。IACK方式通常需要节点更多地侦听信道，以防漏听下一跳的转发确认，并且IACK方式不适合路径上最后一跳的传输确认，因为目的节点不需要继续向下转发数据。,2.重传恢复对应丢包检测和反馈，重传恢复也分为端到端重传（恢复时间较长）和逐跳重传。需要解决的主要问题是最大重传次数。,5.4.2冗余传输机制,发送节点多次发送同一数据包，只要接收节点收到至少一个数据包即可。冗余传输也可采用多路径方式，发送节点将数据包发送到多条路径上进行传输以提高传输可靠性。利用路径的空间不相关性来提高端到端数据传送的成功率。冗余传输机制消耗的网络资源较多，并且存在传送成功率与复制数量之间的折中关系。,5.4.3速率控制机制,丢包恢复和冗余传输都是用来保证数据包或数据块的端到端传输可靠性，速率控制则适用于基于任务的可靠传输。这种机制可以在保证任务完成的前提下，调节源节点的数据速率，避免或缓解拥塞以更好地实现可靠传输。因此，基于速率控制的可靠传输机制通常可以与拥塞控制机制联合设计和考虑。该机制中，汇聚节点根据一个周期内成功接收数据包的数量计算网络的传输可靠性，同时也估测网络的拥塞程度。如果传输可靠度低于预计要求，则通知源节点调节发送速率以提高可靠度；否则减少源节点发送速率，以降低网络拥塞，同时提高传输可靠性。,5.5无线传感器网络的典型传输协议5.5.1拥塞控制协议防止网络拥塞的产生或缓解和消除网络中已经发生的拥塞现象。,1.基于速率分配的拥塞避免,（1）CCF协议一种基于多对一树状传输结构自上而下分配速率的拥塞避免协议。要求所以子节点的发送速率总和不超过其父节点的发送速率，从而避免父节点的缓存溢出。该协议要求每个节点估算自己的平均上行发送速率，并将该速率平均分配给自己下游子树上的节点，节点在自身的实际平均发送速率和父节点分配的发送速率之间选择较小的值作为实际发送速率，并将这一决定发送给自己的子节点供其调节速率。,（2）Flush协议一种适用于直线拓扑的拥塞避免协议。该协议的设计目标主要针对单信道无线多跳网络传输中可能导致拥塞的两个问题：相邻无线链路的传输干扰问题和节点间速率不匹配产生的缓存溢出问题。每个节点只有在不干扰其他节点间通信、同时也不受其他节点通信干扰的情况下才允许发送数据，并且一个节点的发送速率不得超过其前向路径上节点的发送速率。基于上述要求和直线型拓扑特性，每个节点可以在不发生传输碰撞的前提下，确定自己的最优数据发送间隔和发送速率，从而有效提升网络的额吞吐量特点：方案简单，但应用范围有限，仅适合直线拓扑，并且网络中同一时间内只能有一个数据流。,2.基于传输控制的拥塞避免,（1）CALB协议基于轻量级节点缓存状态管理的拥塞避免协议。该协议要求节点在发送数据时将自己剩余缓存空间信息捎带在数据包头中。所以，节点在监听相邻节点发送的数据包获知其剩余缓存空间。发送节点仅在接收节点缓存不满时才可以向其发送数据，以避免接收节点赢缓存溢出造成的丢包。仅仅依赖接收节点“缓存是否已满”来作为发送节点是否应该发送数据的单一标准是不够的。“缓存已经快满”说明拥塞正在发生，而隐终端的存在也可能造成发送节点获知的接收节点缓存状态信息已经过时。因此CALB协议提出将节点发送数据包中携带的剩余缓存空间值设置为实际剩余的1/6，从而较好地避免缓存溢出的问题。,（2）CRA协议一种结合多路径路由的拥塞避免协议。该协议定义每个节点的下游节点数与其上游节点数的比值为该节点的特征比率（CR）。根据特征比率的大小、自己及上下游节点的缓存队列长度等信息，来调节节点的数据发送速率，进而达到避免网络拥塞的目的。,CR1:公平排队，轮流向每个下游节点转发数据CR=1:检测下游节点的缓存占用情况，在不引起拥塞的情况下，向下游转发数据CR1：意味着当前节点的上游节点多余下游节点，若当前缓存将满，则需要通知上游节点降低发送速率,注：源节点方向上游汇聚节点方向下游,3.基于速率控制的拥塞控制,（1）CODA协议一种基于速率控制的拥塞控制协议。在CODA协议中，拥塞检测采用信道采样和缓存占用率检测两种方法，拥塞通知采用开环拥塞消息后压法和汇聚节点端到端反馈ACK通知两种方式。拥塞缓解采用本地丢包、转发速率控制以及闭环多源速率控制机制。在数据传输过程中，接收节点结合信道负载和本地缓存占用率检测拥塞状况判断是否发生了拥塞。若节点检测到拥塞，则通过后压方式逐跳向上游节点传递拥塞指示。接受到后压消息的节点根据本地策略进行拥塞缓解，如丢弃分组、根据AIMD机制来调节发送窗口等，并根据本地网络状态决定是否继续转发后压消息。CODE协议还采用闭环方式调节数据源速率，由汇聚节点周期性地向全网反馈ACK消息。当源速率低于某一门限值时源节点自动提高速率；当超过某一门限值时，源节点需要根据ACK情况进行速率调整，若源节点收到ACK消息则维持速率不变，否则降低速率。,注：开环控制：通过设计一个好的算法来避免拥塞发生闭环控制：给予反馈机制，根据网络的当前状态来控制拥塞,（2）Fusion协议一种基于速率控制的逐跳拥塞控制协议，该协议采用缓存占用率检测+信道采样判断是否发生拥塞，当缓存占用率或信道采样负载超过给定的门限值时，使用隐式拥塞通告，即在数据包头中设置拥塞位为1。拥塞缓解则采用转发速率控制的方法：1.当节点监听到父节点的拥塞位为1时，停止转发数据2.通过令牌桶方式限制转发速率。每个传感器节点通过信道监听，估测通过其父节点转发的源节点的总数（记为N）；每监听到父节点发送了N个数据包可获得一个令牌。当节点令牌大于0时才允许发送数据包，一个数据包消耗一个令牌。同时为了让拥塞指示信息可以优先传输，Fusion协议采用有优先级的MAC协议，即拥塞的节点优先访问无线媒体，以快速传播拥塞指示信息。当节点检测到拥塞时，其随机退避窗口设为非拥塞节点退避窗口的1/4,(3)SenTCP协议一种基于速率控制的开环逐跳方式拥塞控制协议。该协议中拥塞检测采用拥塞度检测和缓存占用率检测相结合的方法，其中拥塞度由包间隔时间和包服务时间计算得到。在数据传输过程中，当节点检测到拥塞后，沿数据传输方向反向逐跳反馈拥塞指示消息，信息中携带了本地拥塞度Cd和缓存占用率Br。当Br超过最大门限值Bmax时，中间节点每收到一个数据包就反馈一次拥塞指示消息；否则节点会维护一个定时器，只有在定时器超时、Br落入Bmin,Bmax区间和该周期内有新的数据包到达3个条件同时满足时，节点才反馈拥塞指示消息。拥塞指示消息广播给所有相邻节点，收到该消息的上游节点和相邻节点根据指示消息调节自身转发速率，调节的比例系数为拥塞度的倒数，即1/Cd,4.基于流量控制的拥塞控制,（1）ARC协议基于自适应流量控制的拥塞控制协议，该协议通过引入冗余节点实现多路径分流，以缓解网络中发生的拥塞程度。为了节约能量，冗余节点采用休眠机制，根据周围节点的拥塞程度设置休眠时间，从而为多路径分流做好准备。每个数据包头重携带拥塞度参数，从路径上游向下游传输。在数据传输过程中，当检测到网络发生拥塞后，第一个拥塞度低于一定门限值的节点将发起多路径建立请求，向上游寻找第一个未拥塞节点进行分流，分流节点利用冗余节点建立绕开拥塞区域的多跳路径。汇聚节点根据数据包中的信息判断拥塞缓解后，通知分流节点解除分流，仍然按照原先最优路径传输。,CAR协议类似ARC协议，当发生拥塞时，低优先级的数据流走其他路径绕过拥塞区域，保证高优先级数据流的传输质量。适用于实时传呼。,（2）Siphon协议基于分层网络结构的拥塞控制协议。通过增加虚拟汇聚节点进行分流。在网络中部署少量具有多模无线通信能力的传感器节点作为虚拟sink节点，每个虚拟sink节点使用基于IEEE802.11的长距离无线通信方式与实际sink节点通信，使用短距离无线通信方式与附近的传感器节点进行通信。因此，整个网路可以看成两层网络组成。虚拟sink节点：使用信道采样和缓存占用率检测拥塞实际sink节点：使用数据逼真度检测拥塞在发生拥塞时，传感器节点将通过重定向方式把数据传输给附近的虚拟sink节点，虚拟sink节点启动长距离通信模块与实际sink节点进行通信转发，对网络流量进行分流。次级网络使用基于碰撞的归一化位差错率作为拥塞指示，并可与CODA，Fusion等协议结合使用进行拥塞控制。若主网络和次网络都发生拥塞，CODA或Fusion中的拥塞控制机制将被触发。Siphon协议通过构建包含主网络和次网络的双层网络，提供了更好的拥塞恢复能力，其不足之处在于需要增加额外的硬件设备，且虚拟sink节点的部署情况也会直接影响协议性能。,（3）BGR协议是一种结合地理信息和多路径路由的拥塞控制协议，该协议采用节点缓存占用率和信道采样进行拥塞控制，采用的拥塞控制方法有：网内包扩散选择在拥塞节点附近直接分流，适合缓解短暂的拥塞端到端包扩散从数据源端就开始在指定方向范围内随机选择下一跳相邻节点进行分流转发，适合于缓解长时间的拥塞。该协议实现简单，但随机转发不能保证拥塞缓解的效果，甚至可能加重拥塞程度。,（4）TADR协议一种支持拥塞控制的路由协议，该协议采用队列长度作为拥塞指标，并引入了物理场中势能的概念，即在网络中构造一个综合深度（可以取距离汇聚节点的最小跳数作为节点的深度值）和归一化队列长度的混合势能场，节点沿势能最陡的方向选择下一跳。该协议实际上是在深度和拥塞之间建立一个折中：无拥塞时，节点按最短路径路由发送数据；当队列过长，出现拥塞时，数据就会绕行其他路径，避开拥塞区域。TADR协议开销小，适合大规模密集部署的无线传感器网络。,5.基于数据处理的拥塞控制（1）CONCERT协议是一种通过网内数据融合减少网络中传输的数据量来减轻拥塞的拥塞控制。该协议采用节点缓存占用率和信道采样两种方法进行拥塞检测。数据融合节点根据汇聚节点规定的融合函数对数据进行融合，并尽可能保证检测数据的可信度，同时，根据自己的拥塞程度调节数据融合度。为降低数据融合的时间开销，CONCERT协议要求仅在预测可能发生拥塞区域部署融合节点。对于难以预测是否将会发生拥塞的区域，可部署移动融合节点。,（2）PREI协议一种基于数据处理的无线传感器网络拥塞控制协议。PREI协议定义了可靠度指数，其设计目标是最大化可靠度指数。PREI协议将网络划分为多个互不交叠的网格，每个网格中有一个融合节点负责汇聚数据并计算这些数据的中位数。若某传感器节点的数据与中位数差异超过给定门限，则融合节点去除该节点的数据并认为该节点异常。若一个网格内的正常节点超过半数，融合节点计算正常节点数据的平均值，并认为该融合结果是可靠的。相邻网格的数据可再次融合，以进一步减少传输的数据量。PREI协议通过多级数据融合降低网络内部的数据量，从而能够有效降低网络发生拥塞的概率，然而PREI协议采用的融合模型比较简单，使用范围较窄。,5.5.2可靠传输协议可靠传输协议的作用是保证传感器数据能够有序、无丢失、无差错地传输到汇聚节点，向用户提供可靠的数据传输服务。可靠传输协议可以采用丢包恢复、冗余传输和速率控制等基本机制来实现。包括基于数据包的可靠传输协议、基于数据块的可靠传输协议和基于数据流的可靠传输协议。,1.基于数据包的可靠传输协议采用基于重传的丢包恢复和多路径冗余传输等机制来实现（1）ReInForM协议一种利用多路径冗余传输来提高可靠性的传输协议。在ReInForM协议中，源节点发送数据包之前，首先需要根据数据包的重要性确定预期的成功传送率，然后确定需要发送的数据包复制数量和下一跳节点。复制数量P可以根据本地估测的信道误码率、源节点到汇聚节点的跳数和预期的成功传送率计算得到。ReInForM协议的执行过程中，随机选择下一跳的方式可以在一定程度上平衡网络中节点的能量消耗，但也可能偶尔会造成路由环路。,（2）MMSPEED协议是一种通过多路径冗余传输来提高可靠性的传输协议。该协议中，每个节点根据本地丢包率和跳数信息计算数据包可达概率。具体说，数据包从节点i经由节点j转发到达目的节点d的可达概率为：,为i和j两节点间的跳数距离，为i和j两节点间的丢包率,对于节点i来说，每添加一个转发节点j，则从节点i到达目的总可达概率为,节点i将持续增加转发节点，直到P高于预期的可靠性要求。同时，为了修正分布式本地决策可能对整体性能造成的影响，MMSPEED协议采取了逐跳动态补偿和后压消息机制。源节点将对转发节点的预期可靠性要求添加在数据包中捎带给转发节点，转发节点可据此决定自己的下一跳，修正上一跳的转发决策。如果某一节点计算出的Pr无法满足预期可靠性要求，则将这一信息反馈给上游节点以调整各节点的可靠性要求。,（3）GRAB协议一种结合传输信用度和多路冗余传输的数据发送协议。该协议要求sink节点建立和维护网络所有节点的传输开销梯度场。一个节点的传输开销值指单位长度的数据包从该节点传输到sink节点的最小能耗值。GRAB协议允许一个数据包沿梯度降低的多路径进行冗余传输。同时，为了限制单个复制端到端传输的能耗，源节点在每个发送数据包中设置了信用度，使得网路从源节点到汇聚节点传输一个数据包的能耗不应超过该信用度与源节点到汇聚节点的传输开销值之和。这里，信用度用能耗衡量。当数据包传输到某节点时，该节点计算该数据包的信用度剩余比例R和相应的门限值RTH,计算公式如下：,2.基于数据块的可靠传输协议（1）PSFQ协议一种面向下行通信的数据块可靠传输协议，适用于从汇聚节点向一组传感器节点或网络中所有节点传输数据的场合，并为其提供可靠的传输保证。该协议采用缓发快取得方式进行传输控制，主要由Pump、Fetch和Report这三个操作构成。Pump：汇聚节点给数据块中的数据段分配序列号，并采用MAC层的广播方式依次发送各数据段的操作。Fetch：节点发现某数据段丢失后，暂停数据转发，将丢失的数据段序列号信息综合在一个NACK包中直接广播给相邻节点Report：向汇聚节点要求距离较远的节点逐跳汇报自己的地址和收包情况，节点的距离可根据收到的数据包中的TTL值来判断。PSFQ协议需要较多的计时器，维护较为复杂,（2）GARUDA协议一种面向下行通信的数据块可靠传输协议，通过丢包恢复保障传输可靠性。汇聚节点首先将一个数据块分解成多个数据包进行传输，并通过第一个数据包的传输在网络中选择核心节点，组成核心子网；这里核心节点指距离sink节点跳数3的倍数的节点，负责丢包重传。每个核心节点在所转发的数据包中添加位图，指示自己已经正确收到了哪些数据包。丢包恢复分为：核心节点丢包恢复，非核心节点丢包恢复,GARUDA协议有效地克服了NACK的传输界限问题，丢包恢复迅速，但该协议要求每个分组携带位图信息，增加了传输开销。,（3）RMST协议一种面向上行通信的数据块可靠传输协议，该协议对传统定向扩散路由协议进行改进，增加了了用于反馈丢包信息的反向路径。该协议中，源节点将传送给汇聚节点的数据块分解成多个数据包发送，传输层使用NACK包进行端到端丢包恢复，并建议MAC层采用ARQ重传方式提高链路传输的可靠性。RMST协议支持缓存和非缓存两种操作方式缓存：汇聚节点和中间节点缓存数据并周期性检查丢失数据段。若有丢失则沿DD协议确认的反向加强路径逐跳返回NACK包，请求重传。对于收到NACK的中间节点来说，如果本地没有缓存相关丢失数据包，则继续向数据源节点转发NACK包，否则由当前节点负责重传丢失的数据包。非缓存：只有源节点和汇聚节点保存数据包，因此只有源节点负责接收NACK包并执行重传。,3.基于数据流的可靠传输协议（1）ESRT协议一种基于数据流的可靠传输协议，主要针对以数据为中心的应用，通过自动配置网络实现可靠传输。该协议要求汇聚节点根据一个周期内成功收到的数据包数量计算传输可靠度，通过调整源节点发送速率来调节网络状态。如果传输可靠度低于预期要求，则通知源节点调节发送速率以提高可靠度；否则，在不降低传输可靠度的前提下减少源节点发送速率以节约能量。ESRT协议支持拥塞控制，但不支持丢包恢复。它采用基于缓存占用情况的拥塞检测机制，若节点检测到拥塞则