無線傳感器網(wǎng)絡路由協(xié)議(已修改)
2025-05-26 12:08 本頁面
【正文】 無線傳感器網(wǎng)絡的關(guān)鍵技術(shù)有路由協(xié)議、MAC協(xié)議、拓撲控制、定位技術(shù)等。路由協(xié)議：數(shù)據(jù)包的傳送需要通過多跳通信方式到達目的端，因此路由選擇算法是網(wǎng)絡層設計的一個主要任務。路由協(xié)議主要負責將數(shù)據(jù)分組從源節(jié)點通過網(wǎng)絡轉(zhuǎn)發(fā)到目的節(jié)點，它主要包括兩個方面的功能：。無線傳感器與傳統(tǒng)的無線網(wǎng)絡協(xié)議不同之處，它受到能量消耗的制約，并且只能獲取到局部拓撲結(jié)構(gòu)的信息，由于這兩個原因，無線傳感器的路由協(xié)議要能夠在局部網(wǎng)絡信息的基礎上選擇合適路徑。傳感器由于它很強的應用相關(guān)性，不同應用中的路由協(xié)議差別很大，沒有通用的路由協(xié)議。無線路由器的路由協(xié)議應具備以下特點：（1） 能量優(yōu)先。需要考慮到節(jié)點的能量消耗以及網(wǎng)絡能量均衡使用的問題。（2） 基于局部拓撲信息。WSN為了節(jié)省通信能量，通常采用多跳的通信模式，因此節(jié)點如何在只能獲取到局部拓撲信息和資源有限的情況下實現(xiàn)簡單高效的路由機制，這是WSN的一個基本問題。（3） 以數(shù)據(jù)為中心。傳統(tǒng)路由協(xié)議通常以地址作為節(jié)點的標識和路由的依據(jù)，而WSN由于節(jié)點的隨機分布，所關(guān)注的是監(jiān)測區(qū)域的感知數(shù)據(jù)，而不是具體哪個節(jié)點獲取的信息，要形成以數(shù)據(jù)為中心的消息轉(zhuǎn)發(fā)路徑。（4） 應用相關(guān)。設計者需要針對每一個具體應用的需求，設計與之適應的特定路由機制?，F(xiàn)介紹幾種常見的路由協(xié)議（平面路由協(xié)議、網(wǎng)絡分層路由協(xié)議、地理定位輔助路由協(xié)議）：一、平面路由協(xié)議平面路由協(xié)議中，邏輯結(jié)構(gòu)時平面結(jié)構(gòu)，節(jié)點間地位平等，通過局部操作和反饋信息來生成路由。當匯聚點向某些區(qū)域發(fā)送查詢并等待來自于這些區(qū)域內(nèi)傳感器所采集的相關(guān)數(shù)據(jù)，其中的數(shù)據(jù)不能采用全局統(tǒng)一的ID，而是要采用基于屬性的命名機制進行描述。平面路由的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、魯棒性（即路由機制的容錯能力）較好，缺點是缺乏對通信資源的優(yōu)化管理，對網(wǎng)絡動態(tài)變化的反應速度較慢。其中典型的平面路由協(xié)議有以下幾種：（Flooding）：這是一種傳統(tǒng)的網(wǎng)絡通信路由協(xié)議。這種算法不要求維護網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)和相關(guān)路由的計算，僅要求接受到信息的節(jié)點以廣播形式轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。例如：S節(jié)點要傳送一段數(shù)據(jù)給D節(jié)點，它需要通過網(wǎng)絡將副本傳送給它每一個鄰居節(jié)點，一直到傳送到節(jié)點D為止或者為該數(shù)據(jù)所設定的生存期限為零為止。優(yōu)點在于：實現(xiàn)簡單；不需要為保持網(wǎng)絡拓撲信息和實現(xiàn)復雜路由發(fā)現(xiàn)算法消耗計算資源；適用于魯棒性較高的場合。但同時也有相應的缺點：一個節(jié)點可能得到一個數(shù)據(jù)的多個副本；存在部分重疊，如果相鄰節(jié)點同時對某件事作出反應，則兩個節(jié)點的鄰居節(jié)點將收到兩份數(shù)據(jù)副本；盲目使用資源，無法作出自適應的路由選擇。為克服Flooding算法這些固有的缺陷，（Gossiping）策略。這種算法采用隨機性原則，即節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)時不再采用廣播形式，而是隨機選取一個相鄰節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)它接收到的數(shù)據(jù)副本（避免了消息爆炸的結(jié)果）。圖1 洪泛式路由機制 圖2 gossiping路由機制：SPIN是一組基于協(xié)商并且具有能量自適應功能的信息傳播協(xié)議。它有如下兩個特點：（1）每個節(jié)點在發(fā)送數(shù)據(jù)前需要通過協(xié)商來確定其他節(jié)點是否需要該數(shù)據(jù)，同時每個節(jié)點通過元數(shù)據(jù)（metadata）來確定接受數(shù)據(jù)中是否有重復信息的存在。（2）網(wǎng)絡中節(jié)點必須實時監(jiān)控本地能源消耗，根據(jù)能量等級改變工作模式來延長節(jié)點自身和整個網(wǎng)絡的運行時間。SPIN在運行過程中節(jié)點使用3種類型的信息進行通信，即ADV、REQ和DATA信息。ADV——用于新數(shù)據(jù)廣播。當一個節(jié)點有數(shù)據(jù)可共享時，它以廣播方式向外發(fā)送DATA數(shù)據(jù)包中的元數(shù)據(jù)。REQ——用于請求發(fā)送數(shù)據(jù)。當一個節(jié)點希望接受DATA數(shù)據(jù)包時，發(fā)送REQ數(shù)據(jù)包。DATA——包含附上元數(shù)據(jù)頭（metaheader）的實際數(shù)據(jù)包。SPIN協(xié)商過程采用3次握手方式。Step1：運行SPIN協(xié)議的源節(jié)點在傳送DATA信息前，首先向相鄰節(jié)點廣播包含DATA數(shù)據(jù)描述機制的ADV信息。Step2：需要該DATA信息的鄰居節(jié)點，向信息源發(fā)送REQ請求信息。Step3：源節(jié)點根據(jù)接受到得REQ信息，有選擇地將DATA信息發(fā)送給
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