WSN路由协议解析
wsn路由协议的分类
wsn路由协议的分类WSN（无线传感器网络）是由大量低功耗的无线传感器节点组成的网络，用于感知、采集和传输环境信息。
WSN路由协议是指在无线传感器网络中，节点之间进行通信和数据传输时所采用的路由方式和协议。
根据不同的路由方式和协议特点，WSN路由协议可以分为以下几类。
一、平面型路由协议平面型路由协议主要是将网络拓扑结构抽象为二维平面，将节点部署在平面上，通过节点之间的位置关系来确定路由路径。
常见的平面型路由协议有以下几种。
1. GPSR（Greedy Perimeter Stateless Routing）：该协议通过节点的位置信息来进行数据包的路由选择，利用局部贪心算法选择下一跳节点，具有低能耗和高可靠性的优点。
2. GAF（Geographic Adaptive Fidelity）：该协议根据节点的位置信息，动态调整节点的通信范围，从而实现网络中节点的负载均衡和能量均衡。
3. LAR（Location-Aided Routing）：该协议通过节点的位置信息来进行数据包的路由选择，利用洪泛和反向路径设置机制来提高路由的效率和可靠性。
二、层次型路由协议层次型路由协议是将网络划分为不同的层次结构，每个层次有不同的路由策略和协议。
常见的层次型路由协议有以下几种。
1. LEACH（Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy）：该协议将网络节点划分为不同的簇，每个簇有一个簇头节点负责数据的聚集和转发，通过簇头节点和基站之间的通信来实现数据的传输。
2. TEEN（Threshold-sensitive Energy Efficient Sensor Network）：该协议将网络节点划分为不同的阈值范围，节点根据自身能量水平选择合适的阈值范围进行数据的传输和路由选择。
3. MTE（Multicast Tree-based Energy）：该协议通过构建多播树的方式进行数据传输，通过选择合适的多播树结构来实现能量的节约和路由的优化。
无线传感器网络路由协议
无线传感器网络路由协议无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）是由大量低成本、低功耗的传感器节点组成的网络系统，用于感知和收集环境信息。
无线传感器网络的路由协议起着关键作用，它决定了数据在网络中的传输路径和方式，影响着整个网络的性能、能耗以及生存时间。
1. LEACH（Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy）是一种经典的层次化路由协议。
它将网络中的节点划分为若干个簇（Cluster），每个簇有一个簇首节点（Cluster Head）。
簇首节点负责收集和聚合簇内节点的数据，并将聚合后的数据传输给基站节点，从而减少了网络中节点之间的通信量，节省了能耗。
2. AODV（Ad Hoc On-Demand Distance Vector）是一种平面路由协议，适用于无线传感器网络中节点数量较少且网络拓扑较稳定的情况。
AODV协议通过维护路由表来选择最短路径，当节点需要发送数据时，它会向周围节点发起路由请求，并根据收到的响应建立起路由路径。
3. GPSR（Greedy Perimeter Stateless Routing）是一种基于地理位置的路由协议。
它通过利用节点的地理位置信息来进行路由选择，具有低能耗和高效的特点。
GPSR协议将整个网络划分为若干个区域，每个节点知道自己的位置以及周围节点的位置，当需要发送数据时，节点会选择最近的邻居节点来进行转发，直到达到目的节点。
除了以上几种常见的路由协议，还有很多其他的无线传感器网络路由协议，如HEED（Hybrid Energy-Efficient Distributed clustering）、PEGASIS（Power-Efficient Gathering in Sensor Information Systems）等，它们各自具备不同的优势和适用场景。
总之，无线传感器网络的路由协议在保证数据传输可靠性和网络能耗方面起着重要的作用。
典型路由协议
7、LEACH路由协议
5、一旦处于就绪阶段，类头节点开始接收类 内各节点采集的数据，然后采用数据融合 和数据压缩等技术进行汇聚，将整合后的 数据传输给Sink节点。
LEACH协议的优点与不足
缺点：
随机选择簇头，平均分担路由业务，减小了能 耗。
不足：
①不适合大范围的应用； ②集群分组方式带来了额外开销以及覆盖问题； ③仅适用于每个节点在单位时间内需要发送的数 据量基本相同的情况，而不适合突发数据通信。
6、 GPSR路由协议
GPSR(Greedy Perimeter Stateless Routing) GPSR协议核心思想：GPSR协议是一个典型的 基于位置的路由协议。使用GPSR协议，网络节 点都知道自身地理位置并被统一编址，各节点利 用贪心算法尽量沿直线转发数据。产生或收到数 据的节点向以欧氏距离计算最靠近目的节点的邻 节点转发数据，但由于数据会到达没有比该节点 更接近目的点的区域(称为空洞)，导致数据无法 传输，当出现这种情况时，空洞周围的节点能够 探测到，并利用右手法则沿空洞周围传输来解决 此问题。
DD路由协议的缺点：
1、基于查询驱动模型的，不适用于环境监测的 WSN； 2、Gradient的建立开销很大,不适合多sink点网络； 3、数据聚合过程采用时间同步技术,会带来较大开 销和时延； 4、不同的应用中需要定义不同的命名方案，也就 是<属性，值>对，从而限制了它的应用。
WSN中基于代价函数的机会路由协议
WSN中基于代价函数的机会路由协议
无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）是由大量的低能耗、分布式的无线传感器节点组成的网络系统，用于收集环境中的信息并将其传输到数据处理中心。
在WSN中，传感器节点通常是由有限的资源，如能量、计算能力和通信带宽。
机会路由协议（Opportunistic Routing Protocol）是指传感器节点在不确定节点之间的可靠连接时，通过选择机会节点进行数据传输的一种路由协议。
机会路由协议的核心思想是基于数据包的传输机会，而不是单一的最佳路径选择。
基于代价函数的机会路由协议是一种根据节点之间的代价计算进行数据包传输的机会路由协议。
每个节点根据邻居节点的代价值来选择最佳的机会节点，并将数据包传输到该节点，最终传输到目的地节点。
代价函数的选择对基于代价函数的机会路由协议的性能有重要影响。
一般来说，代价函数越小表示节点之间的传输代价越小，选择代价函数较小的机会节点更有可能提高数据包的传输效率。
除了代价函数的选择，基于代价函数的机会路由协议还需要考虑其他因素，如网络拓扑结构、能量消耗、时延等。
在设计基于代价函数的机会路由协议时，需要全面考虑这些因素，并进行合理的折衷和权衡。
WSN中基于代价函数的机会路由协议
WSN中基于代价函数的机会路由协议无线传感器网络（WSN）是由大量分散式的、小型的无线传感器节点组成的自组织网络。
WSN可以应用于各种不同领域，如环境监测、医学检测、农业监测、建筑结构监测等等。
为了保证网络的可靠性和稳定性，通信协议是WSN的核心。
机会路由协议是一种适用于WSN的协议，它通过选择“机会”（即邻节点与目的节点之间空闲时间）来进行路由。
在机会路由协议中，每个节点维护一个代价函数来选择最佳的邻节点。
代价函数通常由下列因素组成：能量、跳数、负载、信道质量等等。
这篇文章将重点介绍基于代价函数的机会路由协议。
基于代价函数的机会路由协议的主要思想是在选择路由时优化某些代价因素。
每个节点需要维护一个代价函数，这个代价函数反映了节点与目的节点之间的路由代价。
代价函数可以是多维的，因为WSN中的路由代价不仅仅包括能量消耗，还包括一些其他因素，如节点负载、跳数等等。
以能量消耗为例，一个节点在转发数据时会消耗能量。
因此，如果只考虑转发数据时的能量消耗，那么节点将会选择能够用最小能量到达目的节点的邻节点。
在机会路由协议中，每个节点都提供了一个竞态窗口（Racing Window），用于等待其它节点的转发机会。
竞态窗口是有限的，因此节点首先要确定转发决策。
在选择最佳路由时，节点会选择最小代价的路由。
代价函数是根据节点的性质和节点之间的关系来确定的。
在基于机会路由协议的代价函数中，代价函数的大小符合路由代价的大小。
节点要通过代价函数来选择最优的邻节点。
在机会路由协议中，每个节点都有一个竞争窗口（Racing Window）。
窗口大小和每个节点能够存储和传递的数据包数量呈正比例。
这些数据包可以包含路由信息、传感器数据等等。
基于机会路由的代价函数可以应用于各种不同的WSN应用场景。
例如，在无线传感器网络中进行野外监测时，代价函数可以考虑能量消耗、跳数和信道质量。
在医学检测中，代价函数可以考虑到传输延迟等因素。
在基于代价函数的机会路由协议中，每个节点都需要维护自己的代价函数。
典型的WSN路由协议
典型的WSN路由协议典型的无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）路由协议有多种，其中包括基于层级结构的协议、基于分簇结构的协议、基于数据中心的协议等。
在以下文本中，我将详细介绍这些典型的WSN路由协议。
一、基于层级结构的协议基于层级结构的WSN路由协议通常将网络节点划分为多个层级，如根节点、中间节点和叶子节点。
这些协议的主要目标是将传感器节点的数据从低层级传输到高层级，从而实现对数据的收集和处理。
1. LEACH（Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy）LEACH是一种基于层级结构的分簇协议，采用随机方式选择簇首。
在LEACH中，各个节点根据能量水平选择成为簇首或普通节点。
簇首节点收集普通节点的数据并进行聚合，然后将聚合结果传输到基站。
2. HEED（Hybrid Energy Efficient Distributed Clustering）HEED是一种能量效率分簇协议，采用分布式方式选择簇首。
在HEED 中，每个节点通过计算能量、距离和节点密度等指标来选择簇首节点。
该协议通过平衡能量消耗和网络负载来延长网络寿命。
二、基于分簇结构的协议基于分簇结构的WSN路由协议将网络节点按照一定的规则划分为不同的簇，以便有效地管理和协调数据传输。
1. PEGASIS（Power-Efficient Gathering in Sensor Information Systems）PEGASIS是一种能量有效的数据收集协议，在不选择簇首的情况下通过链式传输将数据传输到基站。
该协议通过最小化传输功率和距离来延长网络寿命。
2. SEP（Stable Election Protocol）SEP是一种能量稳定的分簇协议，通过轮流的方式选择簇首节点。
在SEP中，每个节点有一个能量阈值，当能量低于阈值时，节点将成为簇首并将其能量转移到其他节点上。
无线传感器网络的路由协议
无线传感器网络的路由协议无线传感器网络（Wireless Sensor Network，简称WSN）是由大量分布式无线传感器节点组成的网络，用于感知环境、采集数据并传输给终端节点。
由于传感器节点资源有限，传统的路由协议在WSN中不适用。
因此，研究人员开展了大量的工作，提出了许多适用于WSN的路由协议。
以下是WSN常见的路由协议：基于平面的路由协议将传感器节点所处的平面划分为不同的区域，利用区域之间的连接关系进行数据传输。
其中一种经典的基于平面的路由协议是LEACH（Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy），它基于分簇的思想将传感器节点分为不同的簇，每个簇有一个簇首节点负责数据聚合和传输。
基于层次的路由协议是WSN中常见的一种路由方式，它将节点组织成多个层次。
每个层次中的节点具有不同的功能和职责。
经典的基于层次的路由协议包括TEEN（Threshold-sensitive Energy Efficient Sensor Network）和PEGASIS（Power-Efficient Gathering in Sensor Information Systems）。
基于多跳的路由协议允许节点通过中转节点将数据传输到目的节点，从而延长网络的传输范围。
常见的基于多跳的路由协议包括SPIN（Sensor Protocols for Information via Negotiation）和Directed Diffusion。
SPIN协议利用分布式算法对节点进行数据交换和传输，Directed Diffusion协议则通过沿着数据梯度传播的方式进行数据传输。
由于传感器节点能量有限，基于能量的路由协议非常重要。
这些协议通过考虑节点能量状态来决定数据传输路径，以延长网络的生命周期。
例如，E-SEP（Energy-Efficient Stable Election Protocol）、GEDIR （Gateway-Efficient, Deterministic and Energy-Aware Routing）和ENERGY-LL（Energy-Efficient, Low Latency Routing）都是基于能量的路由协议。
wsn路由协议的分类
wsn路由协议的分类WSN（Wireless Sensor Network，无线传感器网络）是一种特定的无线网络，用于收集和传输环境数据。
在WSN中，多个传感器节点通过无线通信连接到一个中央节点，它们可以在自己的位置上收集环境信息。
WSN可以应用于环境监测、智能家居、工业控制等领域，它们的设计和部署需要考虑多种因素，包括能源消耗、网络传输协议、节点容量等。
在WSN中，路由协议是非常重要的组成部分。
它定义了网络中如何传输数据、如何路由数据和如何维护网络拓扑结构等问题。
下面我们来介绍WSN路由协议的分类。
一、层次路由协议层次路由协议是WSN中最常见的路由协议之一。
它将网络分为多个层次，每个层次由一组节点组成。
每层节点负责收集邻居节点的信息，将信息传递给上一层的节点。
最终将数据从最底层节点传递到中央节点。
层次路由协议具有灵活性和可扩展性，它可以适应大规模、复杂的WSN应用。
除此之外，由于每个节点只需要跟它的邻居节点通信，因此能源消耗比较低，寿命也比较长。
二、平面路由协议平面路由协议是一种比较简单的路由协议，它将所有节点都放在同一平面中。
平面路由协议将网络分为多个区域，每个区域由若干个节点组成。
在网络中，每个节点都有自己的地址，并且知道其周围节点的位置。
平面路由协议的特点是路由路径较短，能够降低网络延迟和能耗。
然而，平面路由协议缺乏对网络拓扑的全局视图，因此可能会导致路由路径不稳定或重复。
三、基于协同过滤的路由协议基于协同过滤的路由协议是一种新型的WSN路由协议。
它主要利用节点之间相似性来建立路由路径。
通过比较节点之间的通信频率和数据传输量，努力找到稳定的、可靠的节点组合。
基于协同过滤的路由协议能够最大程度地减少网络延迟和路由路径的复杂性，同时也能够有效降低能源消耗。
四、地理路由协议地理路由协议是一种基于节点位置的路由协议。
地理路由协议通常是基于两个节点之间的距离来定义路由路径。
具体来说，它使用节点GPS坐标或距离测量来确定节点之间的位置。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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。
13
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。
• 缺点：可扩张性小，在一定程度上限制了网络的规模。 • 典型路由：Flooding,Gossiping,SPIN,DD，Rumor
14
路由协议分类（2）
地广播路由信息分组，交换路由信息，主动发现路由， • 节点必须维护去往全网所有节点的路由。 • 优点:当节点需要发送数据分组时，只要去往目的节点的路由存
在，所需的延时就会很小。 • 缺点:需要花费较大开销，尽可能使得路由更新能够紧随当前拓
扑结构的变化，浪费了一些资源来建立和重建那些根本没有被使 用的路由。
设计目标
满足应用需求 （WSN路由与应用相关） 低网络开销 （内存、计算复杂度、节能） 资源利用的整体有效性 网络高吞吐率
WSN使用环境恶劣
无线信道不稳定 节点的移动与失效
WSN拓扑结构随时可能变化，这与传统 Internet不同，因此传统路由不能用于WSN
WSN路由协议特点
路由协议概述 ——路由协议功能
定义：
WSN路由协议是一套将数据从源节点传输到目的节点的机 制。
路由是WSN的核心技术之一
WSN不适合设计通用的路由协议：能耗、计 算复杂度。
WSN是无基础设施的网络，一般用电池供电、无 人看守，电池不能补充，要延长网络寿命就必须 降低能耗。
能耗主要用户数据无线传输上，所以单跳传输距 离不能太远，要实现WSN大范围覆盖，就需要多 跳中继，即路由
传感器网络中流量分布不对称
数据收集网络&多源单Sink，越接近Sink，流量越大
其他：冗余设计、定位、覆盖性、QoS等
传感器网络路由协议的挑战
自组织布撒（Ad hoc deployment） 能量消耗（Energy consumption ） 路由精度（Routing accuracy） 计算能力（Computation capabilities） 通信能力（Communication tolerance） 容错能力（Fault tolerance） 可扩展性（Scalability） 控制负载（Control overhead，带宽有限，重
载情况下，如何保证QoS）
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
路由协议分类（1）
按路由发现策略划分
– 主动路由:
• 也叫表驱动(Table Driven)路由， • 主动路由的路由发现策略与传统路由协议类似，节点通过周期性
12
路由协议分类（1）
– 被动路由:
• 也叫按需(On Demand)路由 • 与主动路由相反，被动路由认为在动态变化的网络环境中，没有
必要维护去往其它所有节点的路由。 • 仅在有去往目的节点路由的时候才“按需”进行路由发现。 • 被动路由协议根据网络分组的传输请求，被动地搜索从源节点到
目的节点的路由。 • 当没有分组传递请求时，路由器处于静默状态，并不需要交换路
15
路由协议分类协议要求
要求 能量高效（协议简单&节省能量&均衡消耗） 可扩展性（网络范围 & 节点密度） 鲁棒性（节点变化 & 拓扑变化） 快速收敛性 （在移动的节点时，更需要快速收敛）
WSN路由协议关键技术
考虑网络和节点能量优化
节点能量限制，大部分能量用于通信，所以研究低功耗的通信 协议，尤其是路由协议
与传统网络不同： （传统网络（如GSM）放在QoS上；WSN重点在能
耗上）
WSN特点 自组织的网络（随机部署） 数据的冗余性（多节点监测同一事件，需要数据融合） 基于局部拓扑信息（硬件限制） 网络功能：数据收集，多对一 （一个sink节点） WSN路由与应用相关，(不同的应用采用不同的路由，降低路由
– 分层路由:
• 与平面路由协议相对应的是分层结构路由协议。 • 它采用簇的概念对传感器节点进行层次划分。
• 若干个相邻节点构成一个簇，每一个簇有一个簇首。簇与簇之间 可以通过网关通信。
• 网关可以是簇首也可以是其它簇成员。网关之间的连接构成上层 骨干网，所有簇间通信都通过骨干网转发。
• 分层路由协议包括成簇协议、簇维护协议、簇内路由协议和簇间 路由协议四个部分。