第三章 无线传感器网络-通信与组网技术-网络层

1、第三章，传感网的通讯和网络技术，2，3.3路由选择协议，3.3.1路由选择协议的概要，网际网络(网际网络)，H1，a，网际网络，b，d，e，c，H5，H6，H4，H2，H3， H1向H5发送报文分组，H2向H6发送报文分组，H1，a，网际网络，b，d，e，c，H5，H6，H4，路由组，男公关，网络层在变压器通讯端口层连接协议的控制下建立的连接或会话中的各个报文分组的地址和规则在网络层，该消息被划分为多个报文分组，每个报文分组具有源和目的地地址。 网络层用于在一个站点和另一个站点之间传输报文分组。 路由选择协议特点：寻找最佳路径、提高网络利用率、避免通讯拥堵、平衡网络话务量、不考虑能源消费。 另

2、外，在WSN路由选择协议的概况以及无线传感网中，由于能量限制，源数据通常不能在各节点之间直接通讯，因此通常需要经由中间节点采用多啤酒花路由的方式将源数据转发给目的地节点。 无线传感网是信息采编网络，广告风纪扣通讯是其中实现多啤酒花信息的回复和网络、控制的手段。为了实现信息采编，无线传感网的业务大多是在数据汇聚节点(Sink )与普通的传感器节点之间发生的下行业务：从Sink节点向传感器节点的下行业务(询问法指令的传送等)、上行业务：从传感器节点向Sink的上行业务(收集信息的回复等)。 传感器节点间的横向业务所占的比例很小，主要是网络控制信息和网络内信息处理所需的信息、7、WSN路由选择协议功

3、能、无线传感器网络网络层主要负责路由发现和维护。 路由是指选择用以将信息从源节点转发至目的地节点的操作并经由至少一个中间节点。 路由选择协议负责通过网络将数据报文分组从源节点传输到目标节点，路径选择：查找源节点和目标节点之间的最佳路径的数据传输：沿最佳路径正确传输数据报文分组。WSN路由选择协议定义和设计目标、WSN路由选择协议：将数据从源节点传输到目标节点的反应历程。设计目标：满足低应用需求网络开销资源利用的总体有效性网络高吞吐率，9、与传统网络路由选择协议相比，无线传感网的路由选择协议具有以下特点： (1)能量优先；(2)基于局部拓扑信息化学基；(3) (4)应用关系、WSN路由选择协议特

4、征、1.0；以及(1)能量优先传感器节点的能量是非常有限的，因此无线传感网路由选择协议设计的一个重要目标是延长整体网络生存时间，其实现了节点能源消费和网络能量平衡使用的路由选择协议设计要求：无线传感网路由选择协议通常采用多啤酒花通信模式，网络中节点数多，节点资源有限，以便连接协议简单，节约能源，平衡消费，1.1，(2)基于局部拓扑信息，尽可能节约通讯能量无线传感网的一个基本问题是当节点的本地拓扑信息和能量有限时如何实现简单、高效的路由反应历程。 以1.2、(3)数据为中心的无线传感网关注的是监视区域内的感知数据及其位置，而不是哪个节点具体取得的信息。 该传感网通常包括从多个传感器节点到少数汇聚

5、节点的数据流，并根据感测数据的需要、数据通讯模式、流等以数据为中心形成消息的传送路径。 在传感网的根中，使用数据融合技术，设计1.3、(4)应用关系、无线传感网是应用关系的网络，其应用环境千差万别、数据通讯模式不同、没有可适用于所有应用的根反应历程的路由选择协议时，根据特定应用的需要，进行适当的应用在基于1.4、具体应用设计路由选择协议时，必须满足以下要求： (1)能效(2)可扩展性(3)鲁棒性(4)快速收敛性、1.5、1 )能效、传感网路由选择协议设计最重要的优化目标是能效， 除了在路由期间选择具有小能源消费的消息传输路径之外，还选择网络中整体的能量与网络整体的状况平衡所消耗的路径。 传感器

6、节点的能量有限，传感网的路由反应历程能够简单且高效地实现信息传输。1.6、2 )可扩展性、能量限制、环境干扰、人为破坏等因素将导致传感器节点的损坏故障，其中新节点的订户和节点的移动可动态改变网络拓扑结构、要求路由反应历程可扩展性以适应网络的动态改变。 (3)快速收敛性、传感器节点能量和通讯带宽资源有限，如网络拓扑结构动态变化等不确定因素要求路由反应历程能够快速收敛。 适应网络拓扑结构的动态变化，降低通讯协议开销，提高消息传送的效率。 另外，1.8，4 )数据处理技术是数据集成的基本意义，其中，转发节点在数据传输期间将不断不同的入口消息聚合到更少的出口消息中并转发到下一个啤酒花以减少流量费。 采

7、用数据集成技术意味着需要对路由选择协议进行适当的调整。 在1.9、5 )鲁棒性、传感网，网络链接稳定性难以保证，通讯信道质量低，拓扑分析变化频繁，路由选择协议可能遭遇各种异常或意想不到的网络环境，路由组节点发生故障会影响整个网络。 传感网本身可信度希望在其路由反应历程上具有一定容错技术。 良好的路由选择协议是可靠的，可以在不同的网络环境下进行测试和验证。2.0；6 )优化能力、网络资源状况随时发生变化，要求传感网路由选择协议能够基于当前网络资源状况来选择最佳路径的能力。 2.1，我们从多种应用的角度将路由选择协议分为4类： (1)能量感知路由选择协议，网络能量的有效利用是传感网路由选择协议的显

8、着特征。 为了强调有效利用能源的重要性，这里分为能源感知路由选择协议。 能量感知路由选择协议考虑诸如最小能源消费和最大网络生存期之类的来自数据传输能源消费的问题。 标准连接协议：路由选择协议分类、2.2 (2)以数据为中心的路由-基于查询的路由选择协议、环境检测、战场评估等应用(如能源之路、GEAR等)需要不断查询传感器节点收集的数据。 在收敛节点(查询节点)发出塔斯克查询命令，传感网的终端探测节点将收集到的数据报告给监视中心。 在此应用中，通讯话务量主要是查询节点与传感器检测节点之间的命令和数据传输，传感器检测节点的采集信息通常进行数据融合，通过减少通讯话务量来节省能量，即数据融合技术与路由

9、选择协议设计相结合。以数据为中心的平面路由、传统网络作为通讯目的的点对点网络，使用的路由选择协议通常以地址作为节点的识别和路由的依据，完成任意两个节点间的通讯塔斯克。 无线传感网作为以数据收集为目的的数据收集型网络，并不是关注哪个节点取得的信息，而是关注节点监视区域的感知数据。 一般传感网随机配置大量节点，所述网络通常包括多个传感器节点和少数收敛节点的数据流，根据对感知数据的请求、数据通讯模式和流等，以数据为中心形成消息的传送路径。DC、Data-centric、AC、Address-centric、地址中心网络和数据中心网络、DC网络合并数据，减少网络中的数据量，平面路由中的所有节点都位于同

10、一地位节点数量庞大，分布密度高，相邻节点间的数据收集大多面向同一监视点，所以在传送数据时频繁发生多馀的现象。 您必须建构以资料为中心的平面路由选择协议。 也就是说，收敛节点向特定区域发送查询，并等待从这些区域中的节点收集的相关数据。以数据为中心的平面路由、平面路由特征：的结构简单、鲁棒性缺乏通讯资源优化管理、网络动态变化反应迟钝的典型连接协议： DD、Rumor-routing、TTDD、以及通讯端口查询的近似路由算法以资料为中心的平面路由如下：收敛节点只对温度高于2.1的地区感兴趣。 因此，将处理传感器读数满足此要求的节点。以数据为中心的路径-例如，(a )温度无线传感器、以数据为中心的路径

11、，(b )汇总节点对查询进行初始化(t70F )、以数据为中心的路径-例如，(c )与读取值一致的节点被定位、以数据为中心的路径，(d )路径， 地理位置路由选择协议需要在营销对象跟踪的应用题中提醒最接近于营销对象的传感器节点，且获得关于更准确地定位营销对象等的信息。 在这种坐标位置的有关应用题中，需要知道目的地节点的精确或粗略地理位置。 将节点的位置信息用作路由的依据使得不仅完成了节点的路由功能而且减少系统专门保持路由选择协议的能源消费。 在上述路由选择协议中，地理位置信息的路由选择协议仅知道节点或自各儿的逻辑名(诸如地址信息)，并且通过利用路由探测获得网络节点之间的连接关系或网络链接特征来

12、确定路由。 随着定位技术的发展，节点能够方便地获取自各儿的地理位置信息，利用位置信息改善WSN路由选择协议的性能，研究基于地理位置信息的路由是十分有意义的工作。 在地理位置信息的路由选择协议、无线传感网中，很多应用与节点的位置信息相关联。 有些应用必须知道节点的位置信息，传感器节点收集的数据具有真正的价值和意义，如水源监测和河流保护、森林防火和煤矿安全事故预警监测等。 例如，在森林防火的应用中，消防员不仅要知道森林发生火灾事件，还要知道火灾的具体位置。 地理位置信息可以用于查找到达基站收发台和汇节点的最短路径，也可以用于形成虚拟网络，并且一次只有少量的节点是活动的。地理位置路线、地理位置路线假

13、设：节点知道自各儿的位置信息，也知道目的节点和目的监视区域的地理位置。 将这些个的地理位置信息用作路由的依据，并且节点根据策略将数据转发至目标节点。 利用光节点的位置信息，能够将光信息传送到指定的区域，能够有效地减少数据传送的开销。 地理位置信息的路由选择协议按照以下方法作为节点位置、GPS(Global Positioning System :全球定位系统)医学超声三角定位系统的信标台的定位、用途、其他路由算法的辅助而直接用于路由的计算中， 典型的连接协议：基于地理位置的距离贪婪路由选择协议、基于地理位置的化学基角度贪婪路由选择协议、GEM、MAP、LCR等34 (4)可靠的路由选择协议、传

14、感网应用对通信服务质量有很高要求，并可能对可靠性和实时性有特殊要求。 使用网络视频传感器进行战场的环境监控时，想传送的网络视频画像尽量平滑。 一般难以保证传感网无线网络链接的稳定性，通讯信道质量低，网络拓扑结构变化频繁，考虑可靠的路由选择协议设计技术满足这些个的服务质量指标。 到。另外，连接协议内容： 1、节点s想要向节点d发送数据，节点s首先通过网络将数据副本转发至各相邻节点，各相邻节点转发至各相邻节点，除刚发送了数据副本的节点s外。 2、在数据被转发至营销对象节点d之前、或者在该数据中设定的寿命(在传感网中通常被定义为最大跃点数)为零之前，或者所有节点继续拥有该数据。 洪泛法是传统的网络路

15、由连接协议，不需要知道网络拓扑结构，也不需要使用路由算法。1、洪泛路由(Flooding )、3.3.2至典型路由选择协议。 不足：存在信息爆炸问题，一个节点可以获得一个数据的多个副本的现象部分重叠，同一观测环境中的两个相邻的传感器节点对云同步响应一个上通告，两者收集的数据性质相同，数值相近时， 这两个节点的相邻节点收到两个数据副本的好处：简单的实现维持了网络拓扑结构信息，不需要消耗计算资源来实现复杂的路由发现算法。 洪泛路由、溢流和复盖(overlap )、2、Gossiping路由选择协议和Gossiping连接协议在节点接收到报文分组时随机相邻于溢流连接协议的改进相邻节点接收到报文分组时

16、，也以同样的方式转发至相邻节点的任一方。 3.8、Gossiping路由选择协议的优点和缺点：降低了数据传输重叠的可能性，避免了信息内爆炸现象的发生的缺点：点到点的延迟很大。 随机转发给定节点的方向不一定是接近目的地节点的方向，因此数据到达目的地节点的时间容易延长或者跃点数容易最大化。 由于数据未到达目标节点，传输失败。 在第一个短时间内，发射速率已增加，但随着数据的发射而显着降低，从而不能成功地解决过说唱乐问题。3.9、3、SPIN，该连接协议是最早类型的WSN路由选择协议的代表，将WSN的数据冗馀考虑到Flooding连接协议的改善，近结点感知到的数据相似，用节点间协商方式减少数据传输量，

17、仅广播其他节点没有的数据， SPIN的数据库元数据(meta-data )、数据库元数据：节点感知数据的抽象原始感知数据的压缩，能够记述原始感知数据的SPIN连接协议有SPIN1和SPIN2两种模式，SPIN2基于SPIN1考虑节点的剩馀能量) SPIN采用3次握手机制，由ADV (相当于数据的目录索引较短)、REQ、DATA、spin 3个组合组成的协商数据库元数据进行元数据描述，实际数据数据库元数据与实际数据一对一对应的连接协议消息广播报文分组： Advertise (ADV ) 数据请求报文分组：请求(req )报文分组：数据传输(data )、三步握手、a、a、a、a、a、(1)节点a具有新数据，并且使用(2)B节点接收ADV，通过ADV发布新数据信息如果发现自各儿中没有数据，新的数据(3)A节点通过REQ将新数据整合到源数据(4)B节点中，并通过ADV将新的数据消息(5)复制到其它节点中，那么就可以忽略不计SPIN连接协议的工作流、SPIN、三步握手连接协议(ADV-REQ-DATA )通过与邻居节点的协商，减少了浮动使用内爆SPIN的数据融合(DC )， 部分解决过说唱乐问题，通过数据库元数据完成协商过程的数据库元数据：映射到