WSN路由协议的特点,评价指标和分类 (2)
WSN经典路由协议比较-最新资料
WSN经典路由协议比较-最新资料WSN经典路由协议比较A Comparison of Classic Routing Protocols in WSNHE Lei，GUO Xiaojun，ZHAO jiangbo（Institute of Information Engineering， Tibet University for Nationalities， Xianyang Shaanxi 712082，China）：After introducing the particularity and the classifications of WSN routing protocols，this paper analyses the realization process， the characteristics，the pros and cons and the scope of application of several classic routing protocols. Finally this article does some comparison among these routing protocols in aspect of energy saving，expandability and robustness，to providea reference for selection and further studies.0 引言WSN（Wireless Sensor Network，无线传感器网络）由部署在目标区域内的多个具有一定通信和计算能力的微型传感器节点组成，这些节点通过无线通信技术（如ZigBee技术）形成一个多跳自组织的网络系统，协作地感知处理网络覆盖区域内目标对象的信息发送给远程观测者[1]。
WSN具有组网灵活、容易部署、扩展性强、抗毁性能优、支持移动性、成本低等优点，获得了快速发展，现已广泛应用于环境监测、军事侦测、医疗健康、工业生产、抢险救灾等多个领域。
第3章 路由协议
第3章 路由协议
3．Rumor协议[8] 如果sink点的一次查询只需一次上报，DD协议开销太大。Rumor（谣传） 协议正是为解决此问题而设计的。该协议借鉴了欧氏平面图上任意两条曲线 交叉几率很大的思想。节点监测到事件后将其保存，并创建称为agent的生命 周期较长的（包括事件和源节点）信息的数据包，将其按一条或多条随机路 径在网络中转发。收到agent的节点根据事件和源节点信息建立反向路径，并 将agent再次随机发送到相邻节点，并可在再次发送前在agent中增加其已知 的事件信息。Sink查询请求也沿着一条随机路径转发，当两路径交叉时则路 由建立；如不交叉，sink可Flooding查询请求。在多sink点、查询请求数目很 大、网络事件很少的情况下，仿真结果表明Rumor协议能显著地降低路由开 销，节约能量。但对于事件数较多的情况，维护事件表和处理代理所花费的 开销会急剧增长。同时，由于路由使用随机的方式生成路径，数据传输的路 径不是最优路径，并且可能存在路由环路问题。 Rumor协议的优点是避免了大量扩散，显著节省能量，适用于数据传输量 较小的情况。但如果网络拓扑结构频繁变动，则Rumor协议的性能会大幅下 降。
第3章 路由协议
1．Flooding协议及Gossiping协议[6] 这是两个最为经典和简单的传统网络路由协议。
在Flooding（泛洪）协议中，节点产生或收到数据后向所有邻节点广播， 直到数据包过期或到达目的地。该路由不进行维护网络拓扑和相关路由算法， 只负责以广播形式转发数据包，因此效率并不高。该协议具有严重缺陷：内 爆(Implosion，节点几乎同时从邻节点收到多份相同数据)、交叠(Overlap， 节点先后收到监控同一区域的多个节点发送的几乎相同的数据)、盲目利用资 源(节点不考虑自身资源限制，在任何情况下都转发数据)，造成资源的浪费。
无线传感器网络典型路由协议分类比较
无线传感器网络典型路由协议摘要：本文主要以节点的传播方式为出发点，分析集中典型的路由协议。
关键字：无线网络路由协议性能1. 引言随着微电子技术、计算技术和无线通信技术的进步，多功能传感器快速发展，进而使无线传感器网络（wireless sensor network, WSN）成为目前研究热点。
WSN 是由部署在检测区域内的大量廉价微型传感器节点组成，形成一个多跳的自组织网络系统，使其在小体积内集成信息采集、数据处理和无线通信等功能，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，并提供给终端用户。
本文首先简要说明衡量路由协议的四个标准，然后就WSN 中路由协议的几种路由协议提出新的分类方法。
2. 路由协议的衡量标准无线传感器网络的路由协议不同于传统网络的协议，它具有能量优先、基于局部的拓扑信息、以数据为中心和应用相关四个特点，因而，根据具体的应用设计路由机制时，从四个方面衡量路由协议的优劣：（1）能量高效（2）可扩展性（3）健壮性（4）快速收敛性3. 路由协议的分类针对不同传感器网络的应用，研究人员提出了不同的路由协议，目前已有的分类方式主要有两种：按网络结构可以分为平面路由协议、分级网络路由协议和基于位置路由协议；按协议的应用特征可以分为基于多径路由协议、基于可靠路由协议、基于协商路由协议、基于查询路由协议、基于位置路由协议和基于QoS 路由协议。
本文就各个协议的不同侧重点提出一种新的分类方法，把现有的代表性路由协议按节点的传播方式划分为广播式路由协议、坐标式路由协议和分簇式路由协议。
下面进行详细的介绍和分析。
4. 广播式路由协议4.1 扩散法（Flooding）扩散法是一种传统的网络通信路由协议。
它实现简单，不需要为保持网络拓扑信息和实现复杂的路由算法消耗计算资源，适用于健壮性要求高的场合。
但是，扩散发存在信息爆炸问题，即能出现一个节点可能得到数据多个副本的情况，而且也会出现部分重叠的现象。
第8讲 WSN路由协议
Why ?
协议分类：层次型，可扩展性好，更节省能量，网络生存时间更长。 典型性：层次型路由协议中的典型代表，是无线传感器网络中提出的第 一个基于分簇的路由协议。其他几种层次式路由协议都是在 LEACH协议的基础上发展起来的，比如TEEN、PEGASIS等。 低功耗：一种低功耗自适应动态分簇路由算法，与一般的平面多跳路 由协议和静态分簇算法相比，能够将网络生命周期延长15%。
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（4）Directed Diffusion 协议
Directed Diffusion是以数据为中心、查询驱动的路 由协议。 分为三个阶段： 兴趣（interest）扩散阶段、 梯度(gradient)建立阶段、 路径加强阶段。
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兴趣消息表示查询任务。sink节点周期性地向邻居 节点以泛洪的方式广播兴趣消息（interest）。 当节点收到兴趣消息后建立相应的梯度并将兴趣消 息继续广播给它的邻居节点，建立临时的梯度场。 传感器节点将采集的数据沿着梯度方向发送到sink 节点。 然后sink节点从若干条返回路径中选择一条代价最 小的作为加强路径，后续的数据将沿着加强路径发 送到sink节点。
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7.
LEACH-F
LEACH-F为了减少成簇的能量消耗，使得分 簇一旦完成后各簇的组织结构即保持不变， 仅仅在簇内实现簇头节点的轮转。 缺点：LEACH-F算法无法响应网络拓扑结构 的变化。
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2022年行业分析WSN的定义和特点
WSN的定义和特点WSN是由一组传感器节点以自组织的方式构成的有线或无线网络，其目的是协作地感知、采集和处理网络掩盖的地理区域中感知对象的信息，并发布给观看者。
如图1所示，从硬件上看，WSN节点主要由数据采集单元、数据处理单元、无线数据收发单元以及小型电池单元组成，通常尺寸很小，具有低成本、低功耗、多功能等特点；从软件上看，它借助于节点中内置传感器有效探测所处区域的温度、湿度、光强度、压力等环境参数以及待测对象的电压、电流等物理参数，并通过无线网络将探测信息传送到数据汇聚中心进行处理、分析和转发。
WSN与传统传感器和测控系统相比具有明显的优势。
它采纳点对点或点对多点的无线连接，大大削减了电缆成本，在传感器节点端即合并了模拟信号／数字信号转换、数字信号处理和网络通信功能，节点具有自检功能，系统性能与牢靠性明显提升而成本明显缩减。
WSN具有以下特点：①硬件资源有限。
WSN节点采纳嵌入式处理器和存储器，计算力量和存储力量非常有限。
所以，需要解决如何在有限计算力量的条件下进行协作分布式信息处理的难题。
②电源容量有限。
WSN节点通过自身携带的电他来供应电源，当电池的能量耗尽，往往被废弃，甚至造成网络的中断。
所以，任何WSN技术和协议的讨论都要以节能为前提。
③无中心。
WSN没有严格的掌握中心，全部节点地位公平，是一个对等式网络。
节点可以随时加入或离开网络，任何节点的故障不会影响整个网络的运行，具有很强的抗毁性。
④自组织。
网络的布设和绽开无需依靠于任何预设的网络设施，节点通过分层协议和分布式算法协调各自的行为，节点开机后就可以快速、自动地组成一个独立的网络。
⑤多跳（Multi-hop）路由。
WSN节点通信力量有限，掩盖范围只有几十到几百米，节点只能与它的邻居直接通信。
假如盼望与其射频掩盖范围之外的节点进行通信，则需要通过中间节点进行路由。
WSN中的多跳路由是由一般网络节点完成的。
⑥动态拓扑。
WSN是一个动态的网络，节点可以随处移动；一个节点可能会由于电池能量耗尽或其他故障，退出网络运行；也可能由于工作的需要而被添加到网络中。
WSN路由协议解析
簇维护协议要解决在节点移动过程中的簇结构维护，其中包括移动 节点退出和加入簇，簇的产生和消亡等功能。
• 分层路由协议比较适合于无线传感器网络，但成簇过程会产生一 定的能源消耗，如何产生有效的簇类也正是各地学者深入研究的 问题。
由信息。 • 拓扑结构和路由表内容按需建立，它可能仅仅是整个拓扑结构信
息的一部分。 • 优点:不需要周期性的路由信息广播，节省了一定的网络资源。 • 缺点:发送数据分组时，如果没有去往目的节点的路由，数据分
组需要等待因路由发现引起的延时。
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路由协议分类（2）
按网络管理的逻辑结构划分
– 平面结构路由:
第五章 路由协议
内容提要
WSN路由协议概述 WSN路由协议分类 能量感知路由协议 基于查询的路由协议 集群结构路由协议 地理位置路由协议
内容提要
WSN路由协议概述 WSN路由协议分类 能量感知路由协议 基于查询的路由协议 集群结构路由协议 地理位置路由协议
具有高可扩展性
网络规模，节点上千个，节点越多，路由收敛越慢、路由越不 稳定，Ad Hoc的路由不能照搬
网络拓扑变化强
节点移动、失效 & 无线信道 & 规模大，拓扑变化频繁，如何 建立快速收敛、复杂度低的路由？）
传感器网络路由中使用数据融合技术（数据为中心）
传统网络以点对点通信，保证数据“完整无误”；WSN强调数 据汇聚，为了降耗，每个节点都进行数据融合，减小通信量
• 平面结构是指网络中各节点在路由功能上地位相同，没有引入 分层管理机制。
• 优点：网络中没有特殊节点，网络流量均匀地分散在网络中， 路由算法易于实现。
WSN协议分类
WSN的路由协议分类2011年11月07日14:03 来源：本站整理作者：秩名我要评论(0) 目前国内外科研人员已设计了多种面向WSN的路由协议，将其分为四类：以数据为中心的、分层次的、基于位置的、基于数据流模型和服务质量（QoS）要求的。
（1）以数据为中心的路由协议此类路由协议是基于查询和目标数据命名之上的，通过数据融合减少冗余的数据传输。
①Flooding协议和Gossiping协议：这是两个最经典和简单的传统网络路由协议，在Flooding协议中，节点产生或收到数据后向所有邻节点广播，数据包直到过期或到达目的地才停止传播。
该协议具有严重缺陷：内爆（implosiON），节点几乎同时从邻节点收到多份相同数据；交叠（overlap），节点先后收到监控同一区域的多个节点发送的几乎相同的数据；资源利用盲目（resource blindness），节点不考虑自身资源限制，在任何情况下都转发数据。
Gossiping协议是对Flooding协议的改进，节点将产生或收到的数据随机转发，避免了内爆，但增加了时延。
这两个协议不需要维护路由信息，也不需要任何算法，简单但扩展性很差。
②SPIN协议：SPIN（sensor protocols for inf°rmatlon vla negotiation）协议节点利用三种消息进行通信：数据描述ADV、数据请求REQ和数据DATA。
该协议以抽象的元数据对数据进行命名，命名方式没有统一标准。
节点产生或收到数据后，用包含元数据的ADV 消息向邻节点通告，需要数据的邻节点用REQ消息提出请求，然后将DATA消息发送到请求节点。
该协议的优点是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；与Flooding 协议和Gossiping协议相比，有效地节约了能量。
其缺陷是：SPIN的广播机制不能保证数据的可靠传送，当产生或收到数据的节点的所有邻节点都不需要该数据时，将导致数据不能继续转发，以致较远节点无法得到数据；而当某sink点对任何数据都需要时，其周围节点的能量容易耗尽。
第5章 路由协议
无线传感网为了节省通信能量，通常采用多跳的通信模式，而节点有限的存储资源和计算资源， 使得节点不能存储大量的路由信息，不进行太复杂的路由计算。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网的一个基本问题。
（3）以数据为中心。
传统的路由协议通常以地址作为节点的标识和路由的依据，而无线传感器网络中大量节点随机部 署，所关注的是监测区域的感知数据，而不是具体哪个节点获取的信息。用户使用传感网查询事 件时，直接将所关心的事件通告给网络，而不是通告给某个确定编号的节点。网络在获得指定事 件的信息后汇报给用户。这种以数据本身作为查询或传输线索的思想更接近于自然语言交流的习 惯。所以通常又说传感网是一个以数据为中心的网络。
（2）判断是否转发路径建立消息
（3）计算能量代价
如果节点决定转发路径建立消息，需要计算新的代价值来替换原来
的代价值。当路径建立消息从节点Ni发送到节点Nj时，该路径的通 信代价值为节点的代价值加上两个节点间的通信能量消耗，即：
能量多路径路由机制：就是在源节点和目的节点之间建立多条路径，根据路径上 节点的通信能量消耗以及节点的剩余能量情况，给每条路径赋予一定的选择概率， 使得数据传输均衡消耗整个网络的能量，延长整个网络的生存期。
能量多路径路由协议：包括路径建立、数据传播和路由维护三个过程。
路径建立过程是该协议的重点内容。每个节点需要知道到达目的节点的所有下一跳 节点，并计算选择每个下一跳节点传输数据的概率。概率的选择是根据节点到目的 节点的通信代价来计算的。因为每个节点到达目的节点的路径很多，所以这个代价 值是各个路径的加权平均值。