第三章-无线传感器网络-通信与组网技术-网络层.pptVIP

Interests的区分和汇聚 Interests缓存 定向扩散路由举例---路径梯度（Gradient） 定向扩散路由举例 ---加强（reinforced）路径 路径加强 ? 查询发出一段时间后，sink开始从多条路径收到回传的信息。 ? 此时，它从中选择最优路径（如回传信息的 时延最小），向相应的相邻节点发送“路径加强”消息。 ? “路径加强”消息也是一个查询命令，与前一个不同的是它包含了更大的信息采集速率。“路径加强”消息沿最优路径逐跳传输到被查询的传感器节点，这条路径成为“主路径”，而其他路径相应的成为备用路径。 ? 传感器节点接收到“路径加强”消息后，根据要求提高信息采集速率。 * 路径加强的标准 路径加强的标准不是唯一的。 吞吐量：在一定时间内发送数据最多的结点 稳定性：数据传输最稳定的结点 传输时延：首先发来必威体育精装版数据包的结点 选择 作为 路径加强的下一跳结点 定向扩散协议评价 ?优点 ?数据中心路由，定义不同任务类型/目标区域消息； ?路径加强机制可显著提高数据传输的速率； ?周期性路由：能量的均衡消耗； ?缺点 ?周期性的洪泛机制: 能量和时间开销都比较大； 尤其是当底层MAC协议采用休眠机制时，有时可能造成兴趣建立的不一致； ?节点需要维护一个兴趣消息列表，代价较大； 平面结构路由算法的缺点 每个节点直接和Sink节点通信 节点能量消耗过大 节点密度较大时冲突过大，效率低 集群结构路由原理 集群结构路由协议实际是分层结构路由协议，网络划分为多个簇，每个簇由一个簇头和簇成员组成，这些簇头形成高一级网络，在高一级网络中，可以再一次分簇，形成更高一级网络 簇头管理簇内节点，收集和融合簇内信息和簇间数据的转发。 优点：扩展性好，适宜大规模网络 典型的集群结构路由协议 LEACH : Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy 低功耗自适应分簇协议 LEACH算法 LEACH算法： 最早的一种分层路由算法，主要考虑簇内节点能耗 簇头作为一定区域所有节点的代理，负责和Sink的通信； 非簇头节点可以使用小功率和簇头节点通信； 簇头节点可以对所辖区域节点数据进行融合，减少网络中传输的数据； 簇头选举算法的设计，要求保证公平性 关键问题 使用Leach协议后，形成两级星形结构 簇内节点与簇头距离近，功耗小；簇头进行数据融合，减少通信量 簇头消耗大量能量，所以定期选举簇头 簇头选举算法 每个传感器节点选择[0，1]之间的一个随机数，如果选定的值小于某一个阈值T（n），那么这个节点成为簇头节点，阈值计算如下： p=网络中的簇头节点数/网络中传感器节点的个数， p是成为簇头的概率，r为当前的轮数，G为在上一个1/P轮循环中未当选过簇头的结点的集合。 LEACH算法工作原理 网络按照周期工作，每个周期分为两个阶段： 簇头建立阶段： 节点运行算法，确定本次自己是否成为簇头（选簇）； 簇头节点广播自己成为簇头的事实； 其他非簇头节点按照信号强弱选择应该加入的簇头，并通知该簇头节点； 簇头节点按照TDMA的调度，给依附于他的节点分配时间片； 数据传输阶段： 节点在分配给他的时间片上发送数据； LEACH算法评价 优点 优化了传输数据所需能量； 优化了网络中的数据量（簇头数据融合）； 缺点 节点硬件需要支持射频功率自适应调整； 无法保证簇头节点能遍及整个网络； 分簇与簇头选举 要公平 * 小结 路由协议的概念、功能 WSN路由协议的特点 WSN路由协议的分类 定向扩散路由协议的三个阶段，以及优缺点 * 地理位置信息的路由协议 ? 无线传感器网络中很多应用都和节点的位置信息有关。某些应用必须知道节点的位置信息后，传感器节点采集的数据才有真正的价值和意义，如水源监测和河流保护、森林防火及煤矿安全事故预警监测等。 ? 例如，在森林防火的应用里，消防人员不仅要知道森林中发生了火灾事件，而且还要知道火灾的具体位置。 ? 地理位置信息既可用于寻找达到基站或汇聚节点的最短路径，又可用于形成虚拟的网络，使得一次只有少量的节点处于激活工作状态。 地理位置路由 ? 地理位置路由假设： –节点知道自己的位置信息，也知道目的节点和目的监测区域的地理位置。 –利用这些地理位置信息作为路由选择的依据，节点按照一定的策略转发数据到目的节点。 ? 利用节点的位置信息，就能够将信息发布到指定区域，有效减小了数据传输的开销。 地理位置信息的路由协议 ?下列方法可确定节点位置 ?GPS(Global Positioning System) ?超声波三角定位系统 ?信标定位 ?用途 ?作为其它路由算法的辅助 ?直接用于路由的计算 典型协议：基于地理位置的距离贪心路由协议，基于地理位置的角度贪心路