無線傳感器網(wǎng)絡(luò) WSN第2章 路由協(xié)議講解

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 第二章 路由協(xié)議 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 概述（什么是路由協(xié)議）概述（什么是路由協(xié)議） 路由協(xié)議負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)分組從源節(jié)點(diǎn)通過路由協(xié)議負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)分組從源節(jié)點(diǎn)通過 網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)到目的節(jié)點(diǎn)，它主要包括兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)到目的節(jié)點(diǎn)，它主要包括兩個(gè) 方面的功能：方面的功能： 尋找源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)間的優(yōu)化路徑尋找源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)間的優(yōu)化路徑 （確定最佳路徑）（確定最佳路徑） 將數(shù)據(jù)分組沿著優(yōu)化路徑正確轉(zhuǎn)發(fā)將數(shù)據(jù)分組沿著優(yōu)化路徑正確轉(zhuǎn)發(fā) （數(shù)據(jù)交換）（數(shù)據(jù)交換） 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) ad hocad hoc、 無線局域網(wǎng)等傳統(tǒng)無線無線局域網(wǎng)等傳統(tǒng)無線 網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn) ad hoc、 無線局域網(wǎng)等傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)的首無

2、線局域網(wǎng)等傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)的首 要目標(biāo)是提供高服務(wù)質(zhì)量和公平高效地利要目標(biāo)是提供高服務(wù)質(zhì)量和公平高效地利 用網(wǎng)絡(luò)帶寬，用網(wǎng)絡(luò)帶寬， 這些網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的主要任這些網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的主要任 務(wù)是尋找源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)間通信延遲小務(wù)是尋找源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)間通信延遲小 的路徑，同時(shí)提高整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的利用率，的路徑，同時(shí)提高整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的利用率， 避避 免產(chǎn)生通信擁塞并均衡網(wǎng)絡(luò)流量等，免產(chǎn)生通信擁塞并均衡網(wǎng)絡(luò)流量等， 而能而能 量消耗問題不是這類網(wǎng)絡(luò)考慮的重點(diǎn)。量消耗問題不是這類網(wǎng)絡(luò)考慮的重點(diǎn)。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議特點(diǎn) 傳感器網(wǎng)絡(luò)具有很強(qiáng)的應(yīng)用相關(guān)性，不同傳感器網(wǎng)絡(luò)具有很強(qiáng)的應(yīng)用相關(guān)性，不同 應(yīng)用中的

3、路由協(xié)議可能差別很大，沒有一應(yīng)用中的路由協(xié)議可能差別很大，沒有一 個(gè)通用的路由協(xié)議。此外，傳感器網(wǎng)絡(luò)的個(gè)通用的路由協(xié)議。此外，傳感器網(wǎng)絡(luò)的 路由機(jī)制還經(jīng)常與數(shù)據(jù)融合技術(shù)聯(lián)系在一路由機(jī)制還經(jīng)常與數(shù)據(jù)融合技術(shù)聯(lián)系在一 起，通過減少通信量而節(jié)省能量。因此，起，通過減少通信量而節(jié)省能量。因此， 傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議不適應(yīng)于無線傳傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議不適應(yīng)于無線傳 感器網(wǎng)絡(luò)。感器網(wǎng)絡(luò)。 在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)能量有限且一在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)能量有限且一 般沒有能量補(bǔ)充，般沒有能量補(bǔ)充， 因此路由協(xié)議需要高效因此路由協(xié)議需要高效 利用能量，同時(shí)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)目往往利用能量，同時(shí)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)

4、目往往 很大，節(jié)點(diǎn)只能獲取局部拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)信息，很大，節(jié)點(diǎn)只能獲取局部拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)信息， 路由協(xié)議要能在局部網(wǎng)絡(luò)信息的基礎(chǔ)上選路由協(xié)議要能在局部網(wǎng)絡(luò)信息的基礎(chǔ)上選 擇合適的路徑。擇合適的路徑。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議特點(diǎn) （1） 能量優(yōu)先。能量優(yōu)先。 傳統(tǒng)路由協(xié)議在選擇傳統(tǒng)路由協(xié)議在選擇 最優(yōu)路徑時(shí)，最優(yōu)路徑時(shí)， 很少考慮節(jié)點(diǎn)的能量消耗很少考慮節(jié)點(diǎn)的能量消耗 問題。問題。 而無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的能量而無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的能量 有限，有限， 延長整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的生存期成為傳感延長整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的生存期成為傳感 器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議設(shè)計(jì)的重要目器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議設(shè)計(jì)的重要目 標(biāo)，標(biāo)， 因因 此需要考慮節(jié)點(diǎn)

5、的能量消耗以及網(wǎng)絡(luò)能此需要考慮節(jié)點(diǎn)的能量消耗以及網(wǎng)絡(luò)能 量均衡使用的問題。量均衡使用的問題。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) （2） 基于局部拓?fù)湫畔??；诰植客負(fù)湫畔ⅰ?無線傳感器無線傳感器 網(wǎng)絡(luò)為了節(jié)省通信能量，網(wǎng)絡(luò)為了節(jié)省通信能量， 通常采用多跳通常采用多跳 的通信模式，的通信模式， 而節(jié)點(diǎn)有限的存儲資源和而節(jié)點(diǎn)有限的存儲資源和 計(jì)算資源，計(jì)算資源， 使得節(jié)點(diǎn)不能存儲大量的使得節(jié)點(diǎn)不能存儲大量的 由信息，由信息， 不能進(jìn)行太復(fù)雜的路由計(jì)算。不能進(jìn)行太復(fù)雜的路由計(jì)算。 在節(jié)點(diǎn)只能獲取局部拓?fù)湫畔⒑唾Y源有在節(jié)點(diǎn)只能獲取局部拓?fù)湫畔⒑唾Y源有 限的情下，限的情下， 如何實(shí)現(xiàn)簡單高效的路由機(jī)如何實(shí)現(xiàn)簡單高效的路由

6、機(jī) 制是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)基本問題。制是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)基本問題。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) （3） 以數(shù)據(jù)為中心。以數(shù)據(jù)為中心。 傳統(tǒng)的路由協(xié)議通常傳統(tǒng)的路由協(xié)議通常 以地址作為節(jié)點(diǎn)的標(biāo)識和路由的依據(jù)，無線傳以地址作為節(jié)點(diǎn)的標(biāo)識和路由的依據(jù)，無線傳 感器網(wǎng)絡(luò)中大量節(jié)點(diǎn)隨機(jī)部署，感器網(wǎng)絡(luò)中大量節(jié)點(diǎn)隨機(jī)部署， 所關(guān)注的是所關(guān)注的是 監(jiān)測區(qū)域的感知數(shù)據(jù)，監(jiān)測區(qū)域的感知數(shù)據(jù)， 而不是具體哪節(jié)點(diǎn)獲而不是具體哪節(jié)點(diǎn)獲 取的信息，取的信息， 不依賴于全網(wǎng)惟一的標(biāo)識。不依賴于全網(wǎng)惟一的標(biāo)識。 傳感傳感 器網(wǎng)絡(luò)通常包含多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)到數(shù)匯聚節(jié)點(diǎn)器網(wǎng)絡(luò)通常包含多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)到數(shù)匯聚節(jié)點(diǎn) 的數(shù)據(jù)流，的數(shù)據(jù)流， 按照對

7、感知數(shù)據(jù)的需求、數(shù)據(jù)通按照對感知數(shù)據(jù)的需求、數(shù)據(jù)通 信模式和流向等，信模式和流向等， 以數(shù)據(jù)為中心成消息的轉(zhuǎn)以數(shù)據(jù)為中心成消息的轉(zhuǎn) 發(fā)路徑。發(fā)路徑。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) （4） 應(yīng)用相關(guān)。傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用環(huán)境應(yīng)用相關(guān)。傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用環(huán)境 千差萬別，千差萬別， 數(shù)據(jù)通信模式不同，數(shù)據(jù)通信模式不同， 沒有一個(gè)沒有一個(gè) 路由機(jī)制適合所有的應(yīng)用，路由機(jī)制適合所有的應(yīng)用， 這是傳感器網(wǎng)這是傳感器網(wǎng) 絡(luò)應(yīng)用相關(guān)性的一個(gè)體現(xiàn)。絡(luò)應(yīng)用相關(guān)性的一個(gè)體現(xiàn)。 設(shè)計(jì)者需要針設(shè)計(jì)者需要針 對每一個(gè)具體應(yīng)用的需求，對每一個(gè)具體應(yīng)用的需求， 設(shè)計(jì)與之適應(yīng)設(shè)計(jì)與之適應(yīng) 的特定路由機(jī)制。的特定路由機(jī)制。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 傳感器網(wǎng)

8、絡(luò)路由機(jī)制要求： （1） 能量高效。能量高效。 （2） 可擴(kuò)展性?？蓴U(kuò)展性。 （3） 魯棒性。魯棒性。 （4） 快速收斂性?？焖偈諗啃?。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 路由協(xié)議分類 （1） 能量感知路由協(xié)議。能量感知路由協(xié)議。 高效利用網(wǎng)絡(luò)能高效利用網(wǎng)絡(luò)能 量是傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的一個(gè)顯著特征，早量是傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的一個(gè)顯著特征，早 期提出的一些傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議往往僅考慮期提出的一些傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議往往僅考慮 了能量因素。了能量因素。 為了強(qiáng)調(diào)高效利用能量的重要為了強(qiáng)調(diào)高效利用能量的重要 性，性， 在此將它們劃分為能量感知路由協(xié)議。在此將它們劃分為能量感知路由協(xié)議。 能量感知路由協(xié)議從數(shù)據(jù)傳輸中的能

9、量消耗出能量感知路由協(xié)議從數(shù)據(jù)傳輸中的能量消耗出 發(fā)，發(fā)， 討論最優(yōu)能量消耗路徑以及最長網(wǎng)絡(luò)生討論最優(yōu)能量消耗路徑以及最長網(wǎng)絡(luò)生 存期等問題。存期等問題。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) （2） 基于查詢的路由協(xié)議。基于查詢的路由協(xié)議。 在諸如環(huán)境檢測、在諸如環(huán)境檢測、 戰(zhàn)場評估等應(yīng)用中，戰(zhàn)場評估等應(yīng)用中， 需要不斷查詢傳感器節(jié)點(diǎn)采集需要不斷查詢傳感器節(jié)點(diǎn)采集 的數(shù)據(jù)，的數(shù)據(jù)， 匯聚節(jié)點(diǎn)（查詢節(jié)點(diǎn)）匯聚節(jié)點(diǎn)（查詢節(jié)點(diǎn)） 發(fā)出任務(wù)查詢命，發(fā)出任務(wù)查詢命， 傳感器節(jié)點(diǎn)向查詢節(jié)點(diǎn)報(bào)告采集的數(shù)據(jù)。傳感器節(jié)點(diǎn)向查詢節(jié)點(diǎn)報(bào)告采集的數(shù)據(jù)。 在這類應(yīng)在這類應(yīng) 用中，通信流量主要是查詢節(jié)點(diǎn)和傳感器節(jié)點(diǎn)之間用中，通信流量主要是查

10、詢節(jié)點(diǎn)和傳感器節(jié)點(diǎn)之間 的命令和數(shù)據(jù)傳輸，的命令和數(shù)據(jù)傳輸， 同時(shí)傳感器節(jié)點(diǎn)的采樣信息在同時(shí)傳感器節(jié)點(diǎn)的采樣信息在 傳輸路徑上通常要進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，傳輸路徑上通常要進(jìn)行數(shù)據(jù)融合， 通過減少通信流通過減少通信流 量來節(jié)省能量。量來節(jié)省能量。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) （3） 地理位置路由協(xié)議。地理位置路由協(xié)議。 在諸如目標(biāo)跟蹤在諸如目標(biāo)跟蹤 類應(yīng)用中，類應(yīng)用中， 往往需要喚醒距離跟蹤目標(biāo)最近往往需要喚醒距離跟蹤目標(biāo)最近 的傳感器節(jié)點(diǎn)，的傳感器節(jié)點(diǎn)， 以得到關(guān)于目標(biāo)的更精確位以得到關(guān)于目標(biāo)的更精確位 置等相關(guān)信息。置等相關(guān)信息。 在這類應(yīng)用在這類應(yīng)用 中，中， 通常需要通常需要 知道目的節(jié)點(diǎn)的精確或者大致地理

11、位置。知道目的節(jié)點(diǎn)的精確或者大致地理位置。 把把 節(jié)點(diǎn)的位置信息作為路由選擇的依據(jù)，節(jié)點(diǎn)的位置信息作為路由選擇的依據(jù)， 不僅不僅 能夠完成節(jié)點(diǎn)路由功能，還可以降低系統(tǒng)專能夠完成節(jié)點(diǎn)路由功能，還可以降低系統(tǒng)專 門維護(hù)路由協(xié)議的能耗。門維護(hù)路由協(xié)議的能耗。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) （4） 可靠的路由協(xié)議。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的可靠的路由協(xié)議。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的 某些應(yīng)用對通信的服務(wù)質(zhì)量有較高要求，某些應(yīng)用對通信的服務(wù)質(zhì)量有較高要求， 如如 可靠性和實(shí)時(shí)性等?？煽啃院蛯?shí)時(shí)性等。 而在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，而在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中， 鏈路的穩(wěn)定性難以保證，鏈路的穩(wěn)定性難以保證， 通信信道質(zhì)量比較通信信道質(zhì)量比較 低，低， 拓

12、撲變化比較頻繁，拓?fù)渥兓容^頻繁， 要實(shí)現(xiàn)服務(wù)質(zhì)量保要實(shí)現(xiàn)服務(wù)質(zhì)量保 證，證， 需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的可靠的路由協(xié)議。需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的可靠的路由協(xié)議。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 能量感知路由 能量路由是最早提出的傳感器網(wǎng)能量路由是最早提出的傳感器網(wǎng) 路路由機(jī)制之一，路路由機(jī)制之一， 它根據(jù)節(jié)點(diǎn)的它根據(jù)節(jié)點(diǎn)的 可用能量（可用能量（power available， PA） 或傳輸路徑上的能量需求，或傳輸路徑上的能量需求， 選擇數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)路徑。選擇數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)路徑。 節(jié)點(diǎn)可用節(jié)點(diǎn)可用 能量就是節(jié)點(diǎn)當(dāng)前的剩余能量。能量就是節(jié)點(diǎn)當(dāng)前的剩余能量。 圖圖 2-1 所示的網(wǎng)絡(luò)中，所示的網(wǎng)絡(luò)中， 大寫字大寫字 母表示節(jié)點(diǎn)，母表示節(jié)點(diǎn)

13、， 如節(jié)點(diǎn)如節(jié)點(diǎn) A， 節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn) 右側(cè)括號內(nèi)的數(shù)字表示節(jié)點(diǎn)的可右側(cè)括號內(nèi)的數(shù)字表示節(jié)點(diǎn)的可 用能量。用能量。 圖中的雙向線表示節(jié)點(diǎn)圖中的雙向線表示節(jié)點(diǎn) 之間的通信鏈路，之間的通信鏈路， 鏈路上的數(shù)字鏈路上的數(shù)字 表示在該鏈路上發(fā)送數(shù)據(jù)消耗的表示在該鏈路上發(fā)送數(shù)據(jù)消耗的 能量。能量。 源節(jié)點(diǎn)是一般功能的傳感源節(jié)點(diǎn)是一般功能的傳感 器節(jié)點(diǎn)，器節(jié)點(diǎn)， 完成數(shù)據(jù)采集工作。完成數(shù)據(jù)采集工作。 匯聚節(jié)點(diǎn)是數(shù)據(jù)發(fā)送的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)。匯聚節(jié)點(diǎn)是數(shù)據(jù)發(fā)送的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 能量路由策略主要有以下幾種：能量路由策略主要有以下幾種： （1） 最大最大 PA 路由：路由： 從數(shù)據(jù)源到匯聚節(jié)點(diǎn)的所從數(shù)據(jù)源到匯聚節(jié)點(diǎn)

14、的所 有路徑中選取節(jié)點(diǎn)有路徑中選取節(jié)點(diǎn) PA 之和最大的路徑。之和最大的路徑。 （2） 最小能量消耗路由：最小能量消耗路由： 從數(shù)據(jù)源到匯聚節(jié)點(diǎn)從數(shù)據(jù)源到匯聚節(jié)點(diǎn) 的所有路徑中選取節(jié)點(diǎn)耗能之和最少的路徑。的所有路徑中選取節(jié)點(diǎn)耗能之和最少的路徑。 （3） 最少跳數(shù)路由：最少跳數(shù)路由： 選取從數(shù)據(jù)源到匯聚節(jié)點(diǎn)選取從數(shù)據(jù)源到匯聚節(jié)點(diǎn) 跳數(shù)最少的路徑。跳數(shù)最少的路徑。 （4） 最大最小最大最小 PA 節(jié)點(diǎn)路由：每條路徑上有多節(jié)點(diǎn)路由：每條路徑上有多 個(gè)節(jié)點(diǎn)，且節(jié)點(diǎn)的可用能量不同，個(gè)節(jié)點(diǎn)，且節(jié)點(diǎn)的可用能量不同， 從中選取每條從中選取每條 路徑中可用能量最小的節(jié)點(diǎn)來表示這條路徑的可用路徑中可用能量最小的節(jié)

15、點(diǎn)來表示這條路徑的可用 能量。能量。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 能量多路徑路由 傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的路由機(jī)制往往選擇源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)之傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的路由機(jī)制往往選擇源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)之 間跳數(shù)最小的路徑傳輸數(shù)據(jù)，間跳數(shù)最小的路徑傳輸數(shù)據(jù)， 但在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)但在無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 中，中， 如果頻繁使用同一條路徑傳輸數(shù)據(jù)，如果頻繁使用同一條路徑傳輸數(shù)據(jù)， 就會造就會造 成該路徑上的節(jié)點(diǎn)因能量消耗過快而過早失效，成該路徑上的節(jié)點(diǎn)因能量消耗過快而過早失效， 從從 而使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)分割成互不相連的孤立部分，而使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)分割成互不相連的孤立部分， 減少了減少了 整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的生存期。整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的生存期。 為此，為此，RahulC. Shah

16、 等人提等人提 出了一種能量多路徑路由機(jī)制。出了一種能量多路徑路由機(jī)制。 該機(jī)制在源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)之間建立多條路徑，該機(jī)制在源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)之間建立多條路徑， 根根 據(jù)路徑上節(jié)點(diǎn)的通信能量消耗以及節(jié)點(diǎn)的剩余能量據(jù)路徑上節(jié)點(diǎn)的通信能量消耗以及節(jié)點(diǎn)的剩余能量 情況，情況， 給每條路徑賦予一定的選擇概率，給每條路徑賦予一定的選擇概率， 使得數(shù)使得數(shù) 據(jù)傳輸均衡消耗整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的能量，據(jù)傳輸均衡消耗整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的能量， 延長整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的延長整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的 生存期。生存期。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 能量多路徑路由協(xié)議包括路徑建立、數(shù)據(jù)傳播和路能量多路徑路由協(xié)議包括路徑建立、數(shù)據(jù)傳播和路 由維護(hù)三個(gè)過程。由維護(hù)三個(gè)過程。 路徑

17、建立過程是該協(xié)議的重點(diǎn)內(nèi)容。路徑建立過程是該協(xié)議的重點(diǎn)內(nèi)容。 每個(gè)節(jié)點(diǎn)需每個(gè)節(jié)點(diǎn)需 要知道到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的所有下一跳節(jié)點(diǎn)，要知道到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的所有下一跳節(jié)點(diǎn)， 并計(jì)算選并計(jì)算選 擇每個(gè)下一跳節(jié)點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)的概率。擇每個(gè)下一跳節(jié)點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)的概率。 概率的選擇是概率的選擇是 根據(jù)節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的通信代價(jià)來計(jì)算的，根據(jù)節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的通信代價(jià)來計(jì)算的， 在下面在下面 的描述中用的描述中用 Cost（Ni） 表示節(jié)點(diǎn)表示節(jié)點(diǎn) i 到目的節(jié)點(diǎn)的到目的節(jié)點(diǎn)的 通信代價(jià)。通信代價(jià)。 因?yàn)槊總€(gè)節(jié)點(diǎn)到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的路徑很多，因?yàn)槊總€(gè)節(jié)點(diǎn)到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的路徑很多， 所以這個(gè)代價(jià)值是各個(gè)路徑的加權(quán)平均值。所以這個(gè)代價(jià)值是各

18、個(gè)路徑的加權(quán)平均值。 能量多能量多 路徑路由的主要過程描述如下：路徑路由的主要過程描述如下： 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) （1） 目的節(jié)點(diǎn)向鄰居節(jié)點(diǎn)廣播路徑建立消息，目的節(jié)點(diǎn)向鄰居節(jié)點(diǎn)廣播路徑建立消息， 啟啟 動路徑建立過程。動路徑建立過程。 路徑建立消息中包含一個(gè)代價(jià)域，路徑建立消息中包含一個(gè)代價(jià)域， 表示發(fā)出該消息的節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)路徑上的能量信表示發(fā)出該消息的節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)路徑上的能量信 息，息， 初始值設(shè)置為零。初始值設(shè)置為零。 （2） 當(dāng)節(jié)點(diǎn)收到鄰居節(jié)點(diǎn)發(fā)送的路徑建立消息時(shí)，當(dāng)節(jié)點(diǎn)收到鄰居節(jié)點(diǎn)發(fā)送的路徑建立消息時(shí)， 相對發(fā)送該消息的鄰居節(jié)點(diǎn)，相對發(fā)送該消息的鄰居節(jié)點(diǎn)， 只有當(dāng)自己距源節(jié)點(diǎn)只有當(dāng)自己

19、距源節(jié)點(diǎn) 更近，更近， 而且距目的節(jié)點(diǎn)更遠(yuǎn)的情況下，而且距目的節(jié)點(diǎn)更遠(yuǎn)的情況下， 才需要轉(zhuǎn)發(fā)才需要轉(zhuǎn)發(fā) 該消息，該消息， 否則將丟棄該消息。否則將丟棄該消息。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) （3） 如果節(jié)點(diǎn)決定轉(zhuǎn)發(fā)路徑建立消息，如果節(jié)點(diǎn)決定轉(zhuǎn)發(fā)路徑建立消息， 需需 要計(jì)算新的代價(jià)值來替換原來的代價(jià)值。當(dāng)路要計(jì)算新的代價(jià)值來替換原來的代價(jià)值。當(dāng)路 徑建立消息從節(jié)點(diǎn)徑建立消息從節(jié)點(diǎn) Ni 發(fā)送到節(jié)點(diǎn)發(fā)送到節(jié)點(diǎn) Nj時(shí)，時(shí)， 該該 路徑的通信代價(jià)值為節(jié)點(diǎn)路徑的通信代價(jià)值為節(jié)點(diǎn) i 的代價(jià)值加上兩個(gè)的代價(jià)值加上兩個(gè) 節(jié)點(diǎn)間的通信能量消耗，節(jié)點(diǎn)間的通信能量消耗， 即：即： ),()( ,ijiNjNi NNMetri

20、cNCostC 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 其中a為大于1的系統(tǒng)參數(shù)。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) （5）節(jié)點(diǎn)為路由表中每個(gè)下一跳節(jié)點(diǎn)什算）節(jié)點(diǎn)為路由表中每個(gè)下一跳節(jié)點(diǎn)什算 選擇概率，節(jié)點(diǎn)選擇概率與能量消耗成反比。選擇概率，節(jié)點(diǎn)選擇概率與能量消耗成反比。 節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)Ni使用如下公式計(jì)算選擇節(jié)點(diǎn)使用如下公式計(jì)算選擇節(jié)點(diǎn)Ni的概率：的概率： 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) RahulC Shah提出的能量多路徑路由綜合提出的能量多路徑路由綜合 考慮了通信路徑上的消耗能量和剩余能量考慮了通信路徑上的消耗能量和剩余能量 ，節(jié)點(diǎn)根據(jù)概率在路由表中選擇一個(gè)節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)根據(jù)概率在路由表中選擇一個(gè)節(jié)點(diǎn) 作為路由的下一跳節(jié)

21、點(diǎn)。由于這個(gè)概率是作為路由的下一跳節(jié)點(diǎn)。由于這個(gè)概率是 與能量相關(guān)的，可以將通信能耗分散到多與能量相關(guān)的，可以將通信能耗分散到多 條路徑上，從百可實(shí)現(xiàn)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的能量干條路徑上，從百可實(shí)現(xiàn)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的能量干 穩(wěn)降級，最大限度地延長網(wǎng)絡(luò)的生存期穩(wěn)降級，最大限度地延長網(wǎng)絡(luò)的生存期。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 基于查詢的路由基于查詢的路由 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 定向擴(kuò)散（定向擴(kuò)散（directed diffusion，DD） 是一種基于是一種基于 查詢的路由機(jī)制。查詢的路由機(jī)制。 匯聚節(jié)點(diǎn)通過興趣消息（匯聚節(jié)點(diǎn)通過興趣消息（interest） 發(fā)出查詢?nèi)蝿?wù)，采用洪泛方式傳播興趣消息到整個(gè)區(qū)發(fā)出查詢?nèi)蝿?wù)，采用洪泛方式傳播

22、興趣消息到整個(gè)區(qū) 域或部分區(qū)域內(nèi)的所有傳感器節(jié)點(diǎn)。域或部分區(qū)域內(nèi)的所有傳感器節(jié)點(diǎn)。 興趣消息用來表興趣消息用來表 示查詢的任務(wù)，表達(dá)網(wǎng)絡(luò)用戶對監(jiān)測區(qū)域內(nèi)感興趣的示查詢的任務(wù)，表達(dá)網(wǎng)絡(luò)用戶對監(jiān)測區(qū)域內(nèi)感興趣的 信信 息，息， 例如監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的溫度、濕度和光照等環(huán)境信息。例如監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的溫度、濕度和光照等環(huán)境信息。 在興趣消息的傳播過程中，在興趣消息的傳播過程中， 協(xié)議逐跳地在每個(gè)傳感器協(xié)議逐跳地在每個(gè)傳感器 節(jié)點(diǎn)上建立反向的從數(shù)據(jù)源到匯聚節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸梯節(jié)點(diǎn)上建立反向的從數(shù)據(jù)源到匯聚節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸梯 度（度（gradient）。傳感器節(jié)點(diǎn)將采集到的數(shù)據(jù)沿著梯）。傳感器節(jié)點(diǎn)將采集到的數(shù)據(jù)沿著梯 度

23、方向傳送到匯聚節(jié)點(diǎn)。度方向傳送到匯聚節(jié)點(diǎn)。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 定向擴(kuò)散路由機(jī)制可以分為周期性的興趣擴(kuò)散、定向擴(kuò)散路由機(jī)制可以分為周期性的興趣擴(kuò)散、 梯度建立以及路徑加強(qiáng)三個(gè)階段。圖梯度建立以及路徑加強(qiáng)三個(gè)階段。圖 2-2 顯顯 示了這三個(gè)階段的數(shù)據(jù)傳播路徑和方向。示了這三個(gè)階段的數(shù)據(jù)傳播路徑和方向。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) DD協(xié)議內(nèi)容：協(xié)議內(nèi)容： 節(jié)點(diǎn)用一組節(jié)點(diǎn)用一組來命名它所生成的數(shù)據(jù)。來命名它所生成的數(shù)據(jù)。 1.建立路由時(shí)，建立路由時(shí)，sink(匯聚節(jié)點(diǎn)）匯聚節(jié)點(diǎn)）flooding(廣播）包含屬性列表、上報(bào)間隔、持續(xù)時(shí)間、廣播）包含屬性列表、上報(bào)間隔、持續(xù)時(shí)間、 地理區(qū)域等地理區(qū)域等 信息的查詢請

24、求信息的查詢請求Interest （該過程本質(zhì)上是設(shè)置一個(gè)監(jiān)測任務(wù)，（該過程本質(zhì)上是設(shè)置一個(gè)監(jiān)測任務(wù)， 通過分配不同屬性通過分配不同屬性 值來表示不同任務(wù)的描述符）。值來表示不同任務(wù)的描述符）。 2.每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)在收到嗜好（每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)在收到嗜好（Interest）后保存在各自的）后保存在各自的Cache中。每個(gè)嗜好項(xiàng)中。每個(gè)嗜好項(xiàng) (interest entry)包含一個(gè)時(shí)間標(biāo)簽域包含一個(gè)時(shí)間標(biāo)簽域(timestamp field)和若干個(gè)梯度域和若干個(gè)梯度域(gradient field， 按成本最小化和能量自適應(yīng)原則引導(dǎo)數(shù)據(jù)擴(kuò)散的方向按成本最小化和能量自適應(yīng)原則引導(dǎo)數(shù)據(jù)擴(kuò)散的方向)。

25、 3.當(dāng)一個(gè)嗜好傳遍整個(gè)網(wǎng)絡(luò)后，從源節(jié)點(diǎn)當(dāng)一個(gè)嗜好傳遍整個(gè)網(wǎng)絡(luò)后，從源節(jié)點(diǎn)(即嗜好所在區(qū)域的傳感器節(jié)點(diǎn)即嗜好所在區(qū)域的傳感器節(jié)點(diǎn))到到sink節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn) 或基站之間的梯度就建立起來了?；蚧局g的梯度就建立起來了。 4.一旦源節(jié)點(diǎn)采集到嗜好所需的數(shù)據(jù)，那么源節(jié)點(diǎn)沿著該嗜好的梯度路徑傳輸數(shù)據(jù)到一旦源節(jié)點(diǎn)采集到嗜好所需的數(shù)據(jù)，那么源節(jié)點(diǎn)沿著該嗜好的梯度路徑傳輸數(shù)據(jù)到 sink節(jié)點(diǎn)或基站。其中，源節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)首先在本地采用數(shù)據(jù)融合技術(shù)進(jìn)行整合，節(jié)點(diǎn)或基站。其中，源節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)首先在本地采用數(shù)據(jù)融合技術(shù)進(jìn)行整合， 然后在網(wǎng)上傳輸。然后在網(wǎng)上傳輸。 右圖描述右圖描述DD路由路由 協(xié)議的工作原理協(xié)議的工

26、作原理 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 在在Directed Diffusion中，可以對路徑進(jìn)行修復(fù)。在建立多條數(shù)據(jù)源到中，可以對路徑進(jìn)行修復(fù)。在建立多條數(shù)據(jù)源到Sink節(jié)點(diǎn)的路節(jié)點(diǎn)的路 徑之后，徑之后，(探測梯度探測梯度)Sink節(jié)點(diǎn)可以選擇增強(qiáng)其中的一條路徑用于數(shù)據(jù)的傳輸，而同時(shí)保持另外節(jié)點(diǎn)可以選擇增強(qiáng)其中的一條路徑用于數(shù)據(jù)的傳輸，而同時(shí)保持另外 一條低速數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆窂揭粭l低速數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆窂剑〝?shù)據(jù)梯度）（數(shù)據(jù)梯度）。當(dāng)高速路徑，也就是經(jīng)過增強(qiáng)的路徑出現(xiàn)故障時(shí)，。當(dāng)高速路徑，也就是經(jīng)過增強(qiáng)的路徑出現(xiàn)故障時(shí)，Sink 節(jié)點(diǎn)可以增強(qiáng)低速路徑，保證源節(jié)點(diǎn)到節(jié)點(diǎn)可以增強(qiáng)低速路徑，保證源節(jié)點(diǎn)到Sink節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸

27、。雖然保持低速路徑的節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸。雖然保持低速路徑的 過程需要消耗一些能量，但是在故障時(shí)，可以節(jié)省很多能量開銷。對于故障比較頻過程需要消耗一些能量，但是在故障時(shí)，可以節(jié)省很多能量開銷。對于故障比較頻 繁的網(wǎng)絡(luò)，保持一條低速路徑是很有好處的。繁的網(wǎng)絡(luò)，保持一條低速路徑是很有好處的。 DD路由協(xié)議的優(yōu)點(diǎn)：路由協(xié)議的優(yōu)點(diǎn)： 1.采用多路徑采用多路徑,健壯性好健壯性好; 2.節(jié)點(diǎn)只需要和鄰居節(jié)點(diǎn)通信，因而不需要全局的地址機(jī)制，使用查詢驅(qū)動機(jī)制按節(jié)點(diǎn)只需要和鄰居節(jié)點(diǎn)通信，因而不需要全局的地址機(jī)制，使用查詢驅(qū)動機(jī)制按 需建立路由需建立路由,避免了保存全網(wǎng)信息；避免了保存全網(wǎng)信息； 3.每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以進(jìn)行

28、數(shù)據(jù)融合操作，能減少數(shù)據(jù)通信量，節(jié)省能量消耗；每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以進(jìn)行數(shù)據(jù)融合操作，能減少數(shù)據(jù)通信量，節(jié)省能量消耗； 4.sink點(diǎn)根據(jù)實(shí)際情況采取增強(qiáng)或減弱方式能有效利用能量；點(diǎn)根據(jù)實(shí)際情況采取增強(qiáng)或減弱方式能有效利用能量； 5.節(jié)點(diǎn)不需要維護(hù)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)的發(fā)送是基于需求的，因此它是一個(gè)非常節(jié)點(diǎn)不需要維護(hù)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)的發(fā)送是基于需求的，因此它是一個(gè)非常 節(jié)能的路由協(xié)議。節(jié)能的路由協(xié)議。 DD路由協(xié)議的缺點(diǎn)：路由協(xié)議的缺點(diǎn)： 1.基于查詢驅(qū)動模型的，不適用于環(huán)境監(jiān)測的基于查詢驅(qū)動模型的，不適用于環(huán)境監(jiān)測的WSN； 2.Gradient的建立開銷很大的建立開銷很大,不適合多不適合多si

29、nk點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)；點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)； 3.數(shù)據(jù)聚合過程采用時(shí)間同步技術(shù)數(shù)據(jù)聚合過程采用時(shí)間同步技術(shù),會帶來較大開銷和時(shí)延；會帶來較大開銷和時(shí)延； 4.不同的應(yīng)用中需要定義不同的命名方案，也就是不同的應(yīng)用中需要定義不同的命名方案，也就是對，從而限制了它對，從而限制了它 的應(yīng)用。的應(yīng)用。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) Rumor 路由協(xié)議（謠傳路由）：路由協(xié)議（謠傳路由）： Rumor Routing是在是在Directed Diffusion的基礎(chǔ)上演化而來的。通常情況下，的基礎(chǔ)上演化而來的。通常情況下， Directed Diffusion協(xié)議需要向整個(gè)網(wǎng)絡(luò)廣播興趣，而在某些應(yīng)用中，只有少量的協(xié)議需要向整個(gè)網(wǎng)絡(luò)廣播興趣，而

30、在某些應(yīng)用中，只有少量的 數(shù)據(jù)需要從源節(jié)點(diǎn)傳遞到數(shù)據(jù)需要從源節(jié)點(diǎn)傳遞到Sink節(jié)點(diǎn)。在這種情況下，沒有必要向整個(gè)網(wǎng)絡(luò)廣播興節(jié)點(diǎn)。在這種情況下，沒有必要向整個(gè)網(wǎng)絡(luò)廣播興 趣。當(dāng)趣。當(dāng)WSN中的事件（對應(yīng)著數(shù)據(jù)的傳遞）數(shù)量很少，而查詢（對應(yīng)著興趣的廣中的事件（對應(yīng)著數(shù)據(jù)的傳遞）數(shù)量很少，而查詢（對應(yīng)著興趣的廣 播）數(shù)量很多的時(shí)候，可以采用廣播事件的方法，以節(jié)省能量的消耗。播）數(shù)量很多的時(shí)候，可以采用廣播事件的方法，以節(jié)省能量的消耗。Rumor Routing是一個(gè)介于事件廣播（向整個(gè)網(wǎng)絡(luò)廣播事件）和興趣廣播（向整個(gè)網(wǎng)絡(luò)廣是一個(gè)介于事件廣播（向整個(gè)網(wǎng)絡(luò)廣播事件）和興趣廣播（向整個(gè)網(wǎng)絡(luò)廣 播興趣）之間

31、的一種路由協(xié)議播興趣）之間的一種路由協(xié)議 Rumor Routing核心思想：核心思想： 1.借鑒了歐氏平面圖上任意兩條曲線交叉幾率很大的思想借鑒了歐氏平面圖上任意兩條曲線交叉幾率很大的思想 2.當(dāng)節(jié)點(diǎn)監(jiān)測到事件后將其保存，并創(chuàng)建稱為當(dāng)節(jié)點(diǎn)監(jiān)測到事件后將其保存，并創(chuàng)建稱為Agent的生命周期較長的包括事件和的生命周期較長的包括事件和 源節(jié)點(diǎn)信息的數(shù)據(jù)包，將其按一條或多條隨機(jī)路徑在網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)發(fā)源節(jié)點(diǎn)信息的數(shù)據(jù)包，將其按一條或多條隨機(jī)路徑在網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)發(fā) 3.收到收到Agent的節(jié)點(diǎn)根據(jù)事件和源節(jié)點(diǎn)信息建立反向路徑，并將的節(jié)點(diǎn)根據(jù)事件和源節(jié)點(diǎn)信息建立反向路徑，并將Agent再次隨機(jī)發(fā)再次隨機(jī)發(fā) 送到相鄰

32、節(jié)點(diǎn)，并可在再次發(fā)送前在送到相鄰節(jié)點(diǎn)，并可在再次發(fā)送前在Agent中增加其已知的事件信息中增加其已知的事件信息 4.sink點(diǎn)的查詢請求也沿著一條隨機(jī)路徑轉(zhuǎn)發(fā)點(diǎn)的查詢請求也沿著一條隨機(jī)路徑轉(zhuǎn)發(fā),當(dāng)兩路徑交叉時(shí)則路由建立當(dāng)兩路徑交叉時(shí)則路由建立 5.如不交叉如不交叉,sink點(diǎn)可點(diǎn)可flooding查詢請求查詢請求 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) Rumor協(xié)議中Agent傳播和Agent路徑與查詢路徑的交叉 在多在多sink點(diǎn)、查詢請求數(shù)目很大、網(wǎng)絡(luò)事件很少的情況下，點(diǎn)、查詢請求數(shù)目很大、網(wǎng)絡(luò)事件很少的情況下，Rumor協(xié)議較為有效協(xié)議較為有效. 但如果事件非常多但如果事件非常多,維護(hù)事件表和收發(fā)維護(hù)事件表和

33、收發(fā)Agent帶來的開銷會很大帶來的開銷會很大。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 地理位置路由 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 在傳感器網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)通常需要獲取它的在傳感器網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)通常需要獲取它的 位置信息，這樣它采集的數(shù)據(jù)才有意義。位置信息，這樣它采集的數(shù)據(jù)才有意義。 如在森林防火的應(yīng)用中，消防人員不僅要如在森林防火的應(yīng)用中，消防人員不僅要 知道森林中發(fā)生火災(zāi)事件，而且還要知道知道森林中發(fā)生火災(zāi)事件，而且還要知道 火災(zāi)的具體位置。地理位置路由假設(shè)節(jié)點(diǎn)火災(zāi)的具體位置。地理位置路由假設(shè)節(jié)點(diǎn) 知道自己的地理位置信息，以及目的節(jié)點(diǎn)知道自己的地理位置信息，以及目的節(jié)點(diǎn) 或者目的區(qū)域的地理位置，利用這些地理或者目的區(qū)域的地理位置，

34、利用這些地理 位置信息作為路由選擇的依據(jù)，節(jié)點(diǎn)按照位置信息作為路由選擇的依據(jù)，節(jié)點(diǎn)按照 一定策略轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)到目的節(jié)點(diǎn)。地理位置一定策略轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)到目的節(jié)點(diǎn)。地理位置 的精確度和代價(jià)相關(guān)，在不同的應(yīng)用中會的精確度和代價(jià)相關(guān)，在不同的應(yīng)用中會 選擇不同精確度的位置信息來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的選擇不同精確度的位置信息來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的 路由轉(zhuǎn)發(fā)。路由轉(zhuǎn)發(fā)。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) GEAR ： GEAR路由協(xié)議路由協(xié)議 Geographic and Energy Aware Routing 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) GEAR GEAR ： GEARGEAR路由協(xié)議路由協(xié)議 Geographic and Energy Aware Routi

35、ngGeographic and Energy Aware Routing 應(yīng)用 建立到特定區(qū)域的路由建立到特定區(qū)域的路由 查詢工作方式查詢工作方式 前提 已知目標(biāo)區(qū)域的位置信息已知目標(biāo)區(qū)域的位置信息 節(jié)點(diǎn)知道自己位置信息和剩余能量節(jié)點(diǎn)知道自己位置信息和剩余能量 節(jié)點(diǎn)間無線鏈路是對稱的節(jié)點(diǎn)間無線鏈路是對稱的 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) GEAR路由過程 分兩個(gè)階段： 查詢消息到達(dá)目的區(qū)域的路徑 查詢消息在目標(biāo)區(qū)域的傳播 選路依據(jù) 節(jié)點(diǎn)到查詢區(qū)域通信能量能耗 節(jié)點(diǎn)本身的剩余能量 最小代價(jià)節(jié)點(diǎn)為轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn) 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) GEAR路由過程 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) GEAR路由過程 查詢在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)傳送：洪泛方式，迭代

36、地理轉(zhuǎn)發(fā) 將目標(biāo)區(qū)域分解為若干子區(qū)域、向子區(qū)域 的中心位置轉(zhuǎn)發(fā) 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) GEM 路由 GEM（graphembedding）路由是一種適 用于數(shù)據(jù)中心存儲方式的地理路由。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 傳感器網(wǎng)絡(luò)存儲監(jiān)測數(shù)據(jù)方式 本地存儲（localstorage） 外部存儲（externalstorage） 數(shù)據(jù)中心存儲（data- centricstorage） 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 本地存儲方式 在本地存儲方式中，節(jié)點(diǎn)首先將監(jiān)測數(shù)據(jù)保存在在本地存儲方式中，節(jié)點(diǎn)首先將監(jiān)測數(shù)據(jù)保存在 本地存儲器中，并在收到查詢命令后，將相關(guān)數(shù)本地存儲器中，并在收到查詢命令后，將相關(guān)數(shù) 據(jù)

37、發(fā)送給匯聚節(jié)點(diǎn)。據(jù)發(fā)送給匯聚節(jié)點(diǎn)。 本地存儲方式中，網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)都是匯聚節(jié)點(diǎn)本地存儲方式中，網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)都是匯聚節(jié)點(diǎn) 感興趣的數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡(luò)傳輸效率高，但是需要每個(gè)感興趣的數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡(luò)傳輸效率高，但是需要每個(gè) 節(jié)點(diǎn)都具有相對較大的存儲空間，數(shù)據(jù)融合只能節(jié)點(diǎn)都具有相對較大的存儲空間，數(shù)據(jù)融合只能 在傳輸過程中進(jìn)行，并且匯聚節(jié)點(diǎn)需要經(jīng)過較長在傳輸過程中進(jìn)行，并且匯聚節(jié)點(diǎn)需要經(jīng)過較長 的延遲后才能獲得查詢數(shù)據(jù)。的延遲后才能獲得查詢數(shù)據(jù)。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 外部存儲方式 在外部存儲方式下，節(jié)點(diǎn)在獲得監(jiān)測數(shù)據(jù)后，不在外部存儲方式下，節(jié)點(diǎn)在獲得監(jiān)測數(shù)據(jù)后，不 論匯聚節(jié)點(diǎn)目前是否對該數(shù)據(jù)感興趣，都主動地論匯聚節(jié)

38、點(diǎn)目前是否對該數(shù)據(jù)感興趣，都主動地 把數(shù)據(jù)發(fā)送給匯聚節(jié)點(diǎn)。把數(shù)據(jù)發(fā)送給匯聚節(jié)點(diǎn)。 外部存儲方式中，節(jié)點(diǎn)將采集數(shù)據(jù)及時(shí)傳輸給匯外部存儲方式中，節(jié)點(diǎn)將采集數(shù)據(jù)及時(shí)傳輸給匯 聚節(jié)點(diǎn)，可以提高傳感器網(wǎng)絡(luò)對突發(fā)事件的反應(yīng)聚節(jié)點(diǎn)，可以提高傳感器網(wǎng)絡(luò)對突發(fā)事件的反應(yīng) 速度，但是監(jiān)測數(shù)據(jù)不斷發(fā)送給匯聚節(jié)點(diǎn)，一方速度，但是監(jiān)測數(shù)據(jù)不斷發(fā)送給匯聚節(jié)點(diǎn)，一方 面由于有些數(shù)據(jù)不是匯聚節(jié)點(diǎn)感興趣的，造成了面由于有些數(shù)據(jù)不是匯聚節(jié)點(diǎn)感興趣的，造成了 網(wǎng)絡(luò)能量的浪費(fèi)；另一方面容易使得匯聚節(jié)點(diǎn)附網(wǎng)絡(luò)能量的浪費(fèi)；另一方面容易使得匯聚節(jié)點(diǎn)附 近形成網(wǎng)絡(luò)熱點(diǎn)，降低傳感器網(wǎng)絡(luò)的吞吐率。近形成網(wǎng)絡(luò)熱點(diǎn)，降低傳感器網(wǎng)絡(luò)的吞吐率。 無線傳

39、感器網(wǎng)絡(luò) 數(shù)據(jù)中心存儲方式 在數(shù)據(jù)中心存儲方式下，首先對可能的監(jiān)測事件進(jìn)行命名，在數(shù)據(jù)中心存儲方式下，首先對可能的監(jiān)測事件進(jìn)行命名， 然后按照一定的策略將每一個(gè)事件映射到一個(gè)地理位置上，然后按照一定的策略將每一個(gè)事件映射到一個(gè)地理位置上， 距離這個(gè)位置最近的節(jié)點(diǎn)作為該事件的負(fù)責(zé)節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)在距離這個(gè)位置最近的節(jié)點(diǎn)作為該事件的負(fù)責(zé)節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)在 監(jiān)測到事件后，把相關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)送到映射位置。負(fù)責(zé)節(jié)點(diǎn)接監(jiān)測到事件后，把相關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)送到映射位置。負(fù)責(zé)節(jié)點(diǎn)接 收數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)融合并存儲在本地。收數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)融合并存儲在本地。 數(shù)據(jù)中心存儲方式在網(wǎng)絡(luò)中選擇不同的負(fù)責(zé)節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)不同數(shù)據(jù)中心存儲方式在網(wǎng)絡(luò)中選擇不同的負(fù)

40、責(zé)節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)不同 事件監(jiān)測數(shù)據(jù)的融合和存儲，是介于本地存儲和外部存儲事件監(jiān)測數(shù)據(jù)的融合和存儲，是介于本地存儲和外部存儲 的之間的一種方式，在查詢延遲、能量消耗和存儲空間等的之間的一種方式，在查詢延遲、能量消耗和存儲空間等 多項(xiàng)指標(biāo)間進(jìn)行折中。由于傳感器網(wǎng)絡(luò)處理的事件往往有多項(xiàng)指標(biāo)間進(jìn)行折中。由于傳感器網(wǎng)絡(luò)處理的事件往往有 多種，數(shù)據(jù)中心存儲方式能夠?qū)⒕W(wǎng)絡(luò)通信流量、處理流量多種，數(shù)據(jù)中心存儲方式能夠?qū)⒕W(wǎng)絡(luò)通信流量、處理流量 和存儲流量在網(wǎng)絡(luò)中均勻分?jǐn)?，從而有效避免了網(wǎng)絡(luò)熱點(diǎn)和存儲流量在網(wǎng)絡(luò)中均勻分?jǐn)偅瑥亩行П苊饬司W(wǎng)絡(luò)熱點(diǎn) 的產(chǎn)生。的產(chǎn)生。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) GEM 路由 GEM（graphembe

41、dding）路由是一種適用于）路由是一種適用于 數(shù)據(jù)中心存儲方式的地理路由。數(shù)據(jù)中心存儲方式的地理路由。 GEM路由的基本思想是建立一個(gè)虛擬極坐標(biāo)系統(tǒng)路由的基本思想是建立一個(gè)虛擬極坐標(biāo)系統(tǒng) （virtualpolarcoordinatesystem，VPCS），）， 用來表示實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)形用來表示實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)形 成一個(gè)以匯聚節(jié)點(diǎn)為根的帶環(huán)樹（成一個(gè)以匯聚節(jié)點(diǎn)為根的帶環(huán)樹（ringedree），）， 每個(gè)節(jié)點(diǎn)用到樹根的跳數(shù)距離和角度范圍來表示，每個(gè)節(jié)點(diǎn)用到樹根的跳數(shù)距離和角度范圍來表示， 節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)路由通過這個(gè)帶環(huán)樹實(shí)現(xiàn)。節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)路由通過這個(gè)帶環(huán)樹實(shí)

42、現(xiàn)。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 虛擬極坐標(biāo)系統(tǒng) 第一步： 生成樹型結(jié)構(gòu)。 第二步： 反饋?zhàn)訕浯笮　?第三步： 確定虛擬角度范圍。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 對網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓倪m應(yīng) 除了匯聚節(jié)點(diǎn)外每個(gè)節(jié)點(diǎn)只有一個(gè)父節(jié)點(diǎn)； 每個(gè)節(jié)點(diǎn)的跳數(shù)值為父節(jié)點(diǎn)的跳數(shù)值加 1； 每個(gè)節(jié)點(diǎn)的角度范圍是父節(jié)點(diǎn)的角度范圍的子 集； 每個(gè)節(jié)點(diǎn)的子節(jié)點(diǎn)角度范圍不相交。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 基于虛擬極坐標(biāo)系統(tǒng)的路由算法 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 邊界定位的地理路由 在傳感器網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際應(yīng)用中，在傳感器網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際應(yīng)用中， 如果每個(gè)節(jié)點(diǎn)都需要知道如果每個(gè)節(jié)點(diǎn)都需要知道 自己的精確位置信息，自己的精確位置信息， 那么路由代價(jià)比較大。那么路由代價(jià)比較大。 地理位置地理

43、位置 路由研究中的一個(gè)重要方向就是如何在保證路由正確性的路由研究中的一個(gè)重要方向就是如何在保證路由正確性的 前提下，前提下， 盡量減少需要精確位置信息的節(jié)點(diǎn)數(shù)目，盡量減少需要精確位置信息的節(jié)點(diǎn)數(shù)目， 以及以及 路由機(jī)制對節(jié)點(diǎn)精確位置信息的依賴。路由機(jī)制對節(jié)點(diǎn)精確位置信息的依賴。 文獻(xiàn)文獻(xiàn)13提出了一種只需要少數(shù)節(jié)點(diǎn)精確位置信息就提出了一種只需要少數(shù)節(jié)點(diǎn)精確位置信息就 可以進(jìn)行正確路由的地理路由機(jī)制。可以進(jìn)行正確路由的地理路由機(jī)制。 其基本思想是首先其基本思想是首先 通過網(wǎng)絡(luò)中知道自身位置信息的節(jié)點(diǎn)確定一個(gè)全局坐標(biāo)系，通過網(wǎng)絡(luò)中知道自身位置信息的節(jié)點(diǎn)確定一個(gè)全局坐標(biāo)系， 然后確定其他節(jié)點(diǎn)在這個(gè)坐

44、標(biāo)系中的位置，然后確定其他節(jié)點(diǎn)在這個(gè)坐標(biāo)系中的位置， 最后根據(jù)節(jié)最后根據(jù)節(jié) 點(diǎn)在坐標(biāo)系中的位置進(jìn)行數(shù)據(jù)路由。知道自身位置信息的點(diǎn)在坐標(biāo)系中的位置進(jìn)行數(shù)據(jù)路由。知道自身位置信息的 節(jié)點(diǎn)通常是網(wǎng)絡(luò)中較為特殊的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)通常是網(wǎng)絡(luò)中較為特殊的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)。 當(dāng)所有節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)位置信息確定后，當(dāng)所有節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)位置信息確定后， 協(xié)議使用貪婪算法協(xié)議使用貪婪算法 選擇路由。選擇路由。 因此，因此， 協(xié)議的關(guān)鍵部分是利用信標(biāo)節(jié)點(diǎn)確定協(xié)議的關(guān)鍵部分是利用信標(biāo)節(jié)點(diǎn)確定 全局坐標(biāo)系以及確定其他節(jié)點(diǎn)在坐標(biāo)系中的位置。全局坐標(biāo)系以及確定其他節(jié)點(diǎn)在坐標(biāo)系中的位置。 文獻(xiàn)文獻(xiàn) 13給出了下面三種策略。給出了下面三種策略。

45、無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 邊界節(jié)點(diǎn)均為信標(biāo)節(jié)點(diǎn) 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 使用兩個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn) 在邊界節(jié)點(diǎn)均為信標(biāo)節(jié)點(diǎn)策略中在邊界節(jié)點(diǎn)均為信標(biāo)節(jié)點(diǎn)策略中 , 仍然需要網(wǎng)絡(luò)邊界上仍然需要網(wǎng)絡(luò)邊界上 所有節(jié)點(diǎn)都知道自己的精確地理位置所有節(jié)點(diǎn)都知道自己的精確地理位置 , 網(wǎng)絡(luò)部署的成本仍網(wǎng)絡(luò)部署的成本仍 然很高。本策略只使用兩個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)然很高。本策略只使用兩個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn) , 而而 不再不再 需要需要 所所 有邊有邊 界節(jié)界節(jié) 點(diǎn)的精點(diǎn)的精 確位確位 置信息置信息 , 從而大大減少了網(wǎng)絡(luò)部從而大大減少了網(wǎng)絡(luò)部 署的成本。署的成本。 在該策略中在該策略中 , 仍然將節(jié)點(diǎn)分為邊界節(jié)點(diǎn)和仍然將節(jié)點(diǎn)分為邊界節(jié)點(diǎn)和 非邊界非邊界 節(jié)點(diǎn)。

46、節(jié)點(diǎn)。 邊界節(jié)邊界節(jié) 點(diǎn)只點(diǎn)只 知道自知道自 己處己處 于網(wǎng)絡(luò)的邊緣于網(wǎng)絡(luò)的邊緣 , 但不知道自己但不知道自己 的精確位置信息。該策略的精確位置信息。該策略 首先首先 通過通過 邊界節(jié)邊界節(jié) 點(diǎn)間點(diǎn)間 的信息的信息 交換交換 機(jī)制建立全局坐標(biāo)系機(jī)制建立全局坐標(biāo)系 , 然后引入兩個(gè)然后引入兩個(gè) beacon 節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn) 以以 減少減少 全局全局 坐標(biāo)系坐標(biāo)系 的誤的誤 差差 , 最后按最后按 照前照前 述方法計(jì)算述方法計(jì)算 非邊界節(jié)點(diǎn)在全局坐標(biāo)系中的位置。非邊界節(jié)點(diǎn)在全局坐標(biāo)系中的位置。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 使用一個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn) 上述策略中假設(shè)節(jié)點(diǎn)知道自己是邊界節(jié)點(diǎn)上述策略中假設(shè)節(jié)點(diǎn)知道自己是邊界節(jié)點(diǎn) ,

47、 實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的部署具有隨機(jī)性實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的部署具有隨機(jī)性 , 不能不能 確定自己是否為實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)邊界節(jié)點(diǎn)。本確定自己是否為實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)邊界節(jié)點(diǎn)。本 策略策略 利用利用 一個(gè)一個(gè) 信標(biāo)節(jié)信標(biāo)節(jié) 點(diǎn)確點(diǎn)確 定一組定一組 邊界邊界 節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn) , 然后采用上面第二種策略介紹的算然后采用上面第二種策略介紹的算 法確定全局法確定全局 坐標(biāo)系坐標(biāo)系 并計(jì)并計(jì) 算節(jié)點(diǎn)算節(jié)點(diǎn) 在坐在坐 標(biāo)標(biāo) 系系 中的位中的位 置信置信 息。息。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 特點(diǎn) 與與 G EAR 路由相比路由相比 , 邊界定位的路邊界定位的路 由機(jī)由機(jī) 制只制只 需需 要很要很 少節(jié)少節(jié) 點(diǎn)知道點(diǎn)知道 精確精確 的位的位 置置 信息

48、信息 , 減少減少 了對傳感器節(jié)點(diǎn)的功能要求了對傳感器節(jié)點(diǎn)的功能要求 , 降低了傳感器降低了傳感器 網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò) 的的 部署部署 成本。但成本。但 為了為了 確定全確定全 局坐局坐 標(biāo)系和節(jié)點(diǎn)標(biāo)系和節(jié)點(diǎn) 在坐標(biāo)系中的位置信息在坐標(biāo)系中的位置信息 , 節(jié)點(diǎn)需要進(jìn)行節(jié)點(diǎn)需要進(jìn)行 大量大量 的的 信息信息 交換交換 , 通通 信開信開 銷很大。銷很大。 此外此外 , 由于算法由于算法 采用了迭代采用了迭代 過過 程程 確定確定 節(jié)節(jié) 點(diǎn)點(diǎn) 的的 位位 置置 , 計(jì)計(jì) 算算 出出 的的 節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn) 位位 置置 精精 度度 和迭和迭 代代 次次 數(shù)數(shù) 相相 關(guān)。關(guān)。 與與G E M 路由相比路由相比 , 邊界

49、定位路由建立的全局邊界定位路由建立的全局 坐標(biāo)系坐標(biāo)系 更加接更加接 近節(jié)點(diǎn)近節(jié)點(diǎn) 實(shí)際實(shí)際 位置位置 , 且對且對 于網(wǎng)于網(wǎng) 絡(luò)絡(luò) 拓?fù)涞淖兓{(diào)整比較簡單。拓?fù)涞淖兓{(diào)整比較簡單。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 可靠路由協(xié)議 某些傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用對于數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽磕承﹤鞲衅骶W(wǎng)絡(luò)應(yīng)用對于數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽?性提性提 出了出了 比比 較高較高 的要的要 求求 , 因此傳因此傳 感器感器 網(wǎng)絡(luò)路由中的一個(gè)重要方面網(wǎng)絡(luò)路由中的一個(gè)重要方面 是研究可靠路由協(xié)議。傳感器節(jié)點(diǎn)由于有限能量供應(yīng)和工是研究可靠路由協(xié)議。傳感器節(jié)點(diǎn)由于有限能量供應(yīng)和工 作環(huán)境惡劣經(jīng)常面臨失效問題作環(huán)境惡劣經(jīng)常面臨失效問題 , 這為研究適合于傳感器網(wǎng)

50、這為研究適合于傳感器網(wǎng) 絡(luò)的可靠路由協(xié)議增加了困難。絡(luò)的可靠路由協(xié)議增加了困難。 目前目前 , 研究人員提出的可靠路由協(xié)研究人員提出的可靠路由協(xié) 議主議主 要從要從 兩個(gè)方兩個(gè)方 面考面考 慮慮 : 一是利一是利 用節(jié)用節(jié) 點(diǎn)的點(diǎn)的 冗冗 余性提供多條路徑以保證余性提供多條路徑以保證 通信可靠通信可靠 性性 ; 二是建二是建 立對立對 傳輸傳輸 可靠性可靠性 的估的估 計(jì)機(jī)制計(jì)機(jī)制 , 從從 而保而保 證每證每 跳傳輸?shù)目煽啃?。另外跳傳輸?shù)目煽啃?。另?, 某些傳感器網(wǎng)絡(luò)某些傳感器網(wǎng)絡(luò) 應(yīng)用需要應(yīng)用需要 節(jié)點(diǎn)間節(jié)點(diǎn)間 通信通信 具有具有 一定的一定的 實(shí)時(shí)實(shí)時(shí) 性。性。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 基于不

51、相交路徑的多路徑路由機(jī)制 在傳感器網(wǎng)絡(luò)中在傳感器網(wǎng)絡(luò)中 , 引入多路徑路由是為了提高引入多路徑路由是為了提高 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 傳輸傳輸 的可靠的可靠 性和性和 實(shí)現(xiàn)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)網(wǎng) 絡(luò)負(fù)絡(luò)負(fù) 載平衡。在載平衡。在 多路徑路由中多路徑路由中 , 如何建立數(shù)據(jù)源節(jié)點(diǎn)到如何建立數(shù)據(jù)源節(jié)點(diǎn)到 匯聚節(jié)匯聚節(jié) 點(diǎn)的點(diǎn)的 多條多條 路徑是路徑是 首要首要 問題。在問題。在 定向擴(kuò)散路由定向擴(kuò)散路由 中中 , 當(dāng)有數(shù)據(jù)查詢需要時(shí)當(dāng)有數(shù)據(jù)查詢需要時(shí) , 匯聚節(jié)點(diǎn)匯聚節(jié)點(diǎn) 首先通首先通 過過 洪洪 泛興趣泛興趣 消息消息 形成形成 傳輸梯傳輸梯 度度 , 然后建立數(shù)據(jù)然后建立數(shù)據(jù) 源節(jié)點(diǎn)到匯聚節(jié)點(diǎn)的多條路徑源節(jié)點(diǎn)到匯聚節(jié)點(diǎn)的多

52、條路徑 , 最后通過最后通過 路徑路徑 加強(qiáng)加強(qiáng) 消息選消息選 擇一擇一 條主路條主路 徑傳徑傳 輸數(shù)據(jù)。當(dāng)主路輸數(shù)據(jù)。當(dāng)主路 徑失敗時(shí)徑失敗時(shí) , 定向擴(kuò)散路由需要使用周期性低速率定向擴(kuò)散路由需要使用周期性低速率 的洪泛過程重新建立主路徑。的洪泛過程重新建立主路徑。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 局部不相交路徑的構(gòu)建 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 纏繞多路徑 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) ReInForM 路由 在傳感器網(wǎng)絡(luò)在傳感器網(wǎng)絡(luò) 中中 , 傳傳 感感 器器 節(jié)節(jié) 點(diǎn)點(diǎn) 是是 數(shù)數(shù) 據(jù)據(jù) 源源 , 把把 監(jiān)測監(jiān)測 數(shù)數(shù) 據(jù)據(jù) 發(fā)發(fā) 送送 給給 匯匯 聚聚 節(jié)節(jié) 點(diǎn)。點(diǎn)。 ReInForM( Reliable Informati

53、on Forwarding using Multiple paths) 路由從數(shù)路由從數(shù) 據(jù)源節(jié)點(diǎn)據(jù)源節(jié)點(diǎn) 開始開始 , 考慮可靠性需求、考慮可靠性需求、 信道質(zhì)量信道質(zhì)量 以及傳感器節(jié)點(diǎn)到匯聚節(jié)點(diǎn)以及傳感器節(jié)點(diǎn)到匯聚節(jié)點(diǎn) 的跳的跳 數(shù)數(shù) , 決定需決定需 要的要的 傳輸傳輸 路徑數(shù)路徑數(shù) 目目 , 以及下一跳節(jié)點(diǎn)數(shù)目和以及下一跳節(jié)點(diǎn)數(shù)目和 相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)相應(yīng)的節(jié)點(diǎn) , 實(shí)現(xiàn)滿足可靠要求的數(shù)據(jù)傳輸。實(shí)現(xiàn)滿足可靠要求的數(shù)據(jù)傳輸。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) SPEED 協(xié)議 在有些傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中在有些傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中 , 匯聚節(jié)點(diǎn)需要根據(jù)采集數(shù)據(jù)實(shí)匯聚節(jié)點(diǎn)需要根據(jù)采集數(shù)據(jù)實(shí) 時(shí)作出反應(yīng)時(shí)作出反應(yīng) , 因此傳感

54、器節(jié)點(diǎn)到匯聚節(jié)點(diǎn)的因此傳感器節(jié)點(diǎn)到匯聚節(jié)點(diǎn)的 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 通通 道要道要 保保 持持 一一 定的定的 傳傳 輸輸 速速 率。率。SP EE D 協(xié)議協(xié)議 33 是是 一一 個(gè)個(gè) 實(shí)實(shí) 時(shí)路時(shí)路 由由 協(xié)議協(xié)議 , 在一定程度上實(shí)現(xiàn)了端到端的傳在一定程度上實(shí)現(xiàn)了端到端的傳 輸速率保證、網(wǎng)絡(luò)擁塞控制以及負(fù)載平衡機(jī)制。為實(shí)現(xiàn)上輸速率保證、網(wǎng)絡(luò)擁塞控制以及負(fù)載平衡機(jī)制。為實(shí)現(xiàn)上 述目標(biāo)述目標(biāo) , SP E ED 協(xié)議首先交換節(jié)協(xié)議首先交換節(jié) 點(diǎn)的點(diǎn)的 傳輸傳輸 延遲延遲 , 以以 得到得到 網(wǎng)網(wǎng) 絡(luò)負(fù)絡(luò)負(fù) 載情載情 況況 ; 然后節(jié)點(diǎn)利用局部地理信息和傳然后節(jié)點(diǎn)利用局部地理信息和傳 輸速率信息作出路由決

55、輸速率信息作出路由決 定定 , 同時(shí)通過鄰居反饋機(jī)制保證網(wǎng)同時(shí)通過鄰居反饋機(jī)制保證網(wǎng) 絡(luò)傳輸速率在一個(gè)全局定義的傳輸速率閾值之上。節(jié)點(diǎn)還絡(luò)傳輸速率在一個(gè)全局定義的傳輸速率閾值之上。節(jié)點(diǎn)還 通過反向壓力路由變更機(jī)制避開延遲太大的鏈路和路由空通過反向壓力路由變更機(jī)制避開延遲太大的鏈路和路由空 洞。洞。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) SPEED 協(xié)議框架 (1) 延遲估計(jì)機(jī)制延遲估計(jì)機(jī)制 , 用來得到網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載情況用來得到網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載情況 , 判斷網(wǎng)絡(luò)是判斷網(wǎng)絡(luò)是 否發(fā)生擁塞否發(fā)生擁塞 ; ( 2) SNGF 算法算法 ( stateless non-deterministic geogr aphic forwa

56、rding , SN GF ) , 用來選擇滿足傳輸速率要用來選擇滿足傳輸速率要 求的下一跳節(jié)點(diǎn)求的下一跳節(jié)點(diǎn) ; ( 3 ) 鄰居反饋策略鄰居反饋策略 ( neigh borhood feedback loop , NF L) , 是當(dāng)是當(dāng) SNG F 路由算法中找不到滿足傳輸速率要求的下路由算法中找不到滿足傳輸速率要求的下 一跳節(jié)點(diǎn)時(shí)采取的補(bǔ)償機(jī)制一跳節(jié)點(diǎn)時(shí)采取的補(bǔ)償機(jī)制 ; ( 4) 反向壓力路由變更機(jī)制反向壓力路由變更機(jī)制 , 用來避免擁塞和路由空洞。用來避免擁塞和路由空洞。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) . 延遲估計(jì) 在在 SPE ED 協(xié)議中協(xié)議中 , 節(jié)點(diǎn)記節(jié)點(diǎn)記 錄錄 到到 鄰鄰 居居 節(jié)點(diǎn)

57、節(jié)點(diǎn) 的的 通通 信信 延延 遲遲 , 用用 來來 表示表示 網(wǎng)網(wǎng) 絡(luò)絡(luò) 局局 部部 的通的通 信信 負(fù)載。這里的通信延遲主要是指發(fā)送延遲負(fù)載。這里的通信延遲主要是指發(fā)送延遲 , 而而 忽略傳輸延遲。在帶寬有限的網(wǎng)絡(luò)條件下忽略傳輸延遲。在帶寬有限的網(wǎng)絡(luò)條件下 , 如果用專門分組探測節(jié)點(diǎn)間的如果用專門分組探測節(jié)點(diǎn)間的 通信延遲通信延遲 , 開銷比較大。開銷比較大。SP E ED 協(xié)議采用數(shù)據(jù)包捎帶協(xié)議采用數(shù)據(jù)包捎帶 的方法的方法,得到節(jié)得到節(jié) 點(diǎn)之間的通信延遲點(diǎn)之間的通信延遲 , 具體過程如下具體過程如下 : 發(fā)發(fā) 送節(jié)點(diǎn)送節(jié)點(diǎn) 給數(shù)給數(shù) 據(jù)分組據(jù)分組 加上加上 時(shí)時(shí) 間間 戳戳 ; 接接 收收

58、 節(jié)節(jié) 點(diǎn)點(diǎn) 計(jì)計(jì) 算從算從 收收 到到 數(shù)數(shù) 據(jù)據(jù) 分分 組組 到到 發(fā)出發(fā)出 ACK 的時(shí)的時(shí) 間間間間 隔隔 , 并并 將將 其作其作 為一個(gè)為一個(gè) 字段字段 加入加入 ACK 報(bào)文報(bào)文 ; 發(fā)發(fā) 送節(jié)送節(jié) 點(diǎn)收到點(diǎn)收到 ACK 后后 , 從收發(fā)從收發(fā) 時(shí)間時(shí)間 差中差中 減去接減去接 收節(jié)收節(jié) 點(diǎn)的處點(diǎn)的處 理理 時(shí)時(shí) 間間 , 得得 到到 一一 跳跳 的的 通通 信信 延延 遲遲 。 在在 更更 新新 記記 錄錄 的的 延延 遲遲 值值 時(shí)時(shí) , 綜綜 合合 考慮新計(jì)算的考慮新計(jì)算的 延遲值和原來記錄延遲值和原來記錄 的延遲值的延遲值, 更更 新的延遲值是二者的指數(shù)加新的延遲值是二者

59、的指數(shù)加 權(quán)平均權(quán)平均( exponen tial weighted moving average, EWMA )。 節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn) 將計(jì)將計(jì) 算出的通信算出的通信 延遲通延遲通 告鄰告鄰 居居 節(jié)節(jié) 點(diǎn)。假點(diǎn)。假 設(shè)節(jié)設(shè)節(jié) 點(diǎn)點(diǎn) A 計(jì)算計(jì)算 出出 到到 節(jié)節(jié) 點(diǎn)點(diǎn) B 的的 通通 信信 延延 遲遲 , 并并 將將 這這 個(gè)個(gè) 通通 信信 延延 遲遲 通通 告告 其其 鄰鄰 居居 節(jié)節(jié) 點(diǎn)點(diǎn)C, 則則 C 可可 以不以不 必計(jì)算必計(jì)算 到節(jié)到節(jié) 點(diǎn)點(diǎn) B 的通信的通信 延遲延遲 , 而使用而使用 A 發(fā)送發(fā)送 來的來的 通信延通信延 遲直遲直 接與接與 節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn) B通通 信。信。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)

60、SNGF 算法 節(jié)點(diǎn)將鄰居節(jié)點(diǎn)分為兩類節(jié)點(diǎn)將鄰居節(jié)點(diǎn)分為兩類 : 比自己距離目比自己距離目 標(biāo)區(qū)域更近的節(jié)點(diǎn)和比自己標(biāo)區(qū)域更近的節(jié)點(diǎn)和比自己 距離目距離目 標(biāo)區(qū)域標(biāo)區(qū)域 更遠(yuǎn)的節(jié)點(diǎn)。前者稱為候選轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)集合更遠(yuǎn)的節(jié)點(diǎn)。前者稱為候選轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)集合 ( for warding candidate set , F CS ) 。 節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn) 計(jì)算到其計(jì)算到其 F CS 集合中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)的集合中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)的 傳輸傳輸 速率。速率。 傳輸速傳輸速 率定率定 義為節(jié)義為節(jié) 點(diǎn)間點(diǎn)間 的的 距距 離除以離除以 節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn) 間間 通信延遲。通信延遲。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) SNGF 算法 如果節(jié)點(diǎn)的如果節(jié)點(diǎn)的 F CS 集