無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò) WSN第2章 路由協(xié)議

1、無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)第二章 路由協(xié)議無(wú)線(xiàn)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(guò)路由協(xié)議負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)分組從源節(jié)點(diǎn)通過(guò)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(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)ad hocad hoc、 無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)等傳統(tǒng)無(wú)線(xiàn)無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)等傳統(tǒng)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn) ad hoc、 無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)等傳統(tǒng)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的首無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)等傳統(tǒng)無(wú)線(xiàn)

2、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(wèn)題不是這類(lèi)網(wǎng)絡(luò)考慮的重點(diǎn)。量消耗問(wèn)題不是這類(lèi)網(wǎng)絡(luò)考慮的重點(diǎn)。無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)無(wú)線(xiàn)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)用中的路由協(xié)議可能差別很大，沒(méi)有一應(yīng)用中的

3、路由協(xié)議可能差別很大，沒(méi)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(guò)減少通信量而節(jié)省能量。因此，起，通過(guò)減少通信量而節(jié)省能量。因此，傳統(tǒng)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議不適應(yīng)于無(wú)線(xiàn)傳傳統(tǒng)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議不適應(yīng)于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)。感器網(wǎng)絡(luò)。 在無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)能量有限且一在無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)能量有限且一般沒(méi)有能量補(bǔ)充，般沒(méi)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)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)

4、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(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議特點(diǎn) （1） 能量?jī)?yōu)先。能量?jī)?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(wèn)題。問(wèn)題。 而無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的能量而無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的能量有限，有限， 延長(zhǎng)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的生存期成為傳感延長(zhǎng)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)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(wèn)題

5、。量均衡使用的問(wèn)題。無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò) （2） 基于局部拓?fù)湫畔?。基于局部拓?fù)湫畔ⅰ?無(wú)線(xiàn)傳感器無(wú)線(xiàn)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(chǔ)資源和而節(jié)點(diǎn)有限的存儲(chǔ)資源和計(jì)算資源，計(jì)算資源， 使得節(jié)點(diǎn)不能存儲(chǔ)大量的使得節(jié)點(diǎn)不能存儲(chǔ)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(jiǎn)單高效的路由機(jī)如何實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單高效的路由機(jī)制是無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)基本問(wèn)題。制是無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)基本問(wèn)題。無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)

6、 （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(shí)和路由的依據(jù)，無(wú)線(xiàn)傳以地址作為節(jié)點(diǎn)的標(biāo)識(shí)和路由的依據(jù)，無(wú)線(xiàn)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(cè)區(qū)域的感知數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)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(lài)于全網(wǎng)惟一的標(biāo)識(shí)。不依賴(lài)于全網(wǎng)惟一的標(biāo)識(shí)。 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(duì)感知數(shù)據(jù)的需求、數(shù)據(jù)通按照對(duì)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

7、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(wú)線(xiàn)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(wàn)別，千差萬(wàn)別， 數(shù)據(jù)通信模式不同，數(shù)據(jù)通信模式不同， 沒(méi)有一個(gè)沒(méi)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(duì)每一個(gè)具體應(yīng)用的需求，對(duì)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(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)傳感器網(wǎng)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

8、性?？焖偈諗啃浴o(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議分類(lèi) （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(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生討論最優(yōu)能量消耗路徑以及最長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生存期等

9、問(wèn)題。存期等問(wèn)題。無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò) （2） 基于查詢(xún)的路由協(xié)議?；诓樵?xún)的路由協(xié)議。 在諸如環(huán)境檢測(cè)、在諸如環(huán)境檢測(cè)、戰(zhàn)場(chǎng)評(píng)估等應(yīng)用中，戰(zhàn)場(chǎng)評(píng)估等應(yīng)用中， 需要不斷查詢(xún)傳感器節(jié)點(diǎn)采集需要不斷查詢(xún)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(xún)節(jié)點(diǎn)）匯聚節(jié)點(diǎn)（查詢(xún)節(jié)點(diǎn)） 發(fā)出任務(wù)查詢(xún)命，發(fā)出任務(wù)查詢(xún)命， 傳感器節(jié)點(diǎn)向查詢(xún)節(jié)點(diǎn)報(bào)告采集的數(shù)據(jù)。傳感器節(jié)點(diǎn)向查詢(xún)節(jié)點(diǎn)報(bào)告采集的數(shù)據(jù)。 在這類(lèi)應(yīng)在這類(lèi)應(yīng)用中，通信流量主要是查詢(xún)節(jié)點(diǎn)和傳感器節(jié)點(diǎn)之間用中，通信流量主要是查詢(xún)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

10、輸路徑上通常要進(jìn)行數(shù)據(jù)融合， 通過(guò)減少通信流通過(guò)減少通信流量來(lái)節(jié)省能量。量來(lái)節(jié)省能量。無(wú)線(xiàn)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(lèi)應(yīng)用中，類(lèi)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(lèi)應(yīng)用在這類(lèi)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

11、統(tǒng)專(zhuān)能夠完成節(jié)點(diǎn)路由功能，還可以降低系統(tǒng)專(zhuān)門(mén)維護(hù)路由協(xié)議的能耗。門(mén)維護(hù)路由協(xié)議的能耗。無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò) （4） 可靠的路由協(xié)議。無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的可靠的路由協(xié)議。無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的某些應(yīng)用對(duì)通信的服務(wù)質(zhì)量有較高要求，某些應(yīng)用對(duì)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(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)中，而在無(wú)線(xiàn)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?fù)渥兓容^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(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)能量感知路由 能量路由

12、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(xiě)字大寫(xiě)字母表示節(jié)點(diǎn)，母表示節(jié)點(diǎn)， 如節(jié)點(diǎn)如節(jié)點(diǎn) A， 節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)右側(cè)括號(hào)內(nèi)的數(shù)字表示節(jié)點(diǎn)的可右側(cè)括號(hào)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(xiàn)表示節(jié)點(diǎn)圖中的雙向線(xiàn)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)

13、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(wú)線(xiàn)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)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

14、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(lái)表示這條路徑的可用路徑中可用能量最小的節(jié)點(diǎn)來(lái)表示這條路徑的可用能量。能量。無(wú)線(xiàn)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(wú)線(xiàn)傳

15、感器網(wǎng)絡(luò)但在無(wú)線(xiàn)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(huì)造就會(huì)造成該路徑上的節(jié)點(diǎn)因能量消耗過(guò)快而過(guò)早失效，成該路徑上的節(jié)點(diǎn)因能量消耗過(guò)快而過(guò)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 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

16、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(zhǎng)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的延長(zhǎng)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的生存期。生存期。無(wú)線(xiàn)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(guò)程。由維護(hù)三個(gè)過(guò)程。 路徑建立過(guò)程是該協(xié)議的重點(diǎn)內(nèi)容。路徑建立過(guò)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

17、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(lái)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(lái)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(guò)程描述如下：路徑路由的主要過(guò)程描述如下：無(wú)線(xiàn)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(dòng)路徑建立過(guò)程。動(dòng)路徑建立過(guò)程。 路徑建立消息中包含一個(gè)代價(jià)域，

18、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(duì)發(fā)送該消息的鄰居節(jié)點(diǎn)，相對(duì)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(wú)線(xiàn)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(lái)替

19、換原來(lái)的代價(jià)值。當(dāng)路要計(jì)算新的代價(jià)值來(lái)替換原來(lái)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：),()(,ijiNjNiNNMetricNCostC無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)其中a為大于1的系統(tǒng)參數(shù)。無(wú)線(xiàn)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

20、計(jì)算選擇節(jié)點(diǎn)Ni的概率：的概率：無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)無(wú)線(xiàn)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)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(jí)，最大限度地延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的生存期穩(wěn)降級(jí)，最大限度地延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的生存期。無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)基于查詢(xún)的路由基于查詢(xún)的

21、路由無(wú)線(xiàn)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(xún)的路由機(jī)制。查詢(xún)的路由機(jī)制。 匯聚節(jié)點(diǎn)通過(guò)興趣消息（匯聚節(jié)點(diǎn)通過(guò)興趣消息（interest） 發(fā)出查詢(xún)?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(xún)?nèi)蝿?wù)，采用洪泛方式傳播興趣消息到整個(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(lái)表興趣消息用來(lái)表示查詢(xún)的任務(wù)，表達(dá)網(wǎng)絡(luò)用戶(hù)對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)感興趣的示查詢(xún)的任務(wù)，表達(dá)網(wǎng)絡(luò)用戶(hù)對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)感興趣的信信息，息， 例如監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)的溫度、濕度和光照等環(huán)境信息。例如監(jiān)測(cè)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

22、播過(guò)程中，在興趣消息的傳播過(guò)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)沿著梯度方向傳送到匯聚節(jié)點(diǎn)。度方向傳送到匯聚節(jié)點(diǎn)。無(wú)線(xiàn)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(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)DD協(xié)議內(nèi)容：協(xié)議內(nèi)容：節(jié)

23、點(diǎn)用一組節(jié)點(diǎn)用一組來(lái)命名它所生成的數(shù)據(jù)。來(lái)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(xún)請(qǐng)求信息的查詢(xún)請(qǐng)求Interest （該過(guò)程本質(zhì)上是設(shè)置一個(gè)監(jiān)測(cè)任務(wù)，（該過(guò)程本質(zhì)上是設(shè)置一個(gè)監(jiān)測(cè)任務(wù)，通過(guò)分配不同屬性通過(guò)分配不同屬性 值來(lái)表示不同任務(wù)的描述符）。值來(lái)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) (inter

24、est 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)。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(lái)了?；蚧局g的梯度就建立起來(lái)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

25、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)議的工作原理無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)在在Directed Diffusion中，可以對(duì)路徑進(jìn)行修復(fù)。在建立多條數(shù)據(jù)源到中，可以對(duì)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(cè)梯度探測(cè)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

26、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(guò)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(guò)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。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(guò)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(kāi)銷(xiāo)。對(duì)于故障比較頻過(guò)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(kāi)銷(xiāo)。對(duì)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

27、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(xún)驅(qū)動(dòng)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(xún)驅(qū)動(dòng)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)

28、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(xún)驅(qū)動(dòng)模型的，不適用于環(huán)境監(jiān)測(cè)的基于查詢(xún)驅(qū)動(dòng)模型的，不適用于環(huán)境監(jiān)測(cè)的WSN；2.Gradient的建立開(kāi)銷(xiāo)很大的建立開(kāi)銷(xiāo)很大,不適合多不適合多sink點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)；點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)；3.數(shù)據(jù)聚合過(guò)程采用時(shí)間同步技術(shù)數(shù)據(jù)聚合過(guò)程采用時(shí)間同步技術(shù),會(huì)帶來(lái)較大開(kāi)銷(xiāo)和時(shí)延；會(huì)帶來(lái)較大開(kāi)銷(xiāo)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(duì)，從而限制了它對(duì)，從而限制了它 的應(yīng)用。的應(yīng)用。無(wú)線(xiàn)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 Dif

29、fusion的基礎(chǔ)上演化而來(lái)的。通常情況下，的基礎(chǔ)上演化而來(lái)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(méi)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(méi)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(duì)應(yīng)著數(shù)據(jù)的傳遞）數(shù)量很少，而查詢(xún)（對(duì)應(yīng)著興趣的廣中的事件（對(duì)應(yīng)著數(shù)據(jù)的傳遞）數(shù)量很少，而查詢(xún)（對(duì)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

30、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(xiàn)交叉幾率很大的思想借鑒了歐氏平面圖上任意兩條曲線(xiàn)交叉幾率很大的思想2.當(dāng)節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)到事件后將其保存，并創(chuàng)建稱(chēng)為當(dāng)節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)到事件后將其保存，并創(chuàng)建稱(chēng)為Agent的生命周期較長(zhǎng)的包括事件和的生命周期較長(zhǎng)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

31、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(xún)請(qǐng)求也沿著一條隨機(jī)路徑轉(zhuǎn)發(fā)點(diǎn)的查詢(xún)請(qǐng)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(xún)請(qǐng)求查詢(xún)請(qǐng)求無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò) Rumor協(xié)議中Agent傳播和Agent路徑與查詢(xún)路徑的交叉在多在多sink點(diǎn)、查詢(xún)請(qǐng)求數(shù)目

32、很大、網(wǎng)絡(luò)事件很少的情況下，點(diǎn)、查詢(xún)請(qǐng)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)事件表和收發(fā)Agent帶來(lái)的開(kāi)銷(xiāo)會(huì)很大帶來(lái)的開(kāi)銷(xiāo)會(huì)很大。無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)地理位置路由無(wú)線(xiàn)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。

33、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，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(huì)的精確度和代價(jià)相關(guān)，在不同的應(yīng)用中會(huì)選擇不同精確度的位置信息來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的選擇不同精確度的位置信息來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的路由轉(zhuǎn)發(fā)。路由轉(zhuǎn)發(fā)。無(wú)線(xiàn)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(wú)線(xiàn)

34、傳感器網(wǎng)絡(luò)GEAR GEAR ： GEAR GEAR路由協(xié)議路由協(xié)議Geographic and Energy Aware RoutingGeographic 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(xún)工作方式查詢(xún)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(wú)線(xiàn)鏈路是對(duì)稱(chēng)的節(jié)點(diǎn)間無(wú)線(xiàn)鏈路是對(duì)稱(chēng)的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)GEAR路由過(guò)程 分兩個(gè)階段：查詢(xún)消息到達(dá)目的區(qū)域的路徑查詢(xún)消息在目標(biāo)區(qū)域的傳播 選路依據(jù)節(jié)點(diǎn)到查詢(xún)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)

35、點(diǎn)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)GEAR路由過(guò)程無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)GEAR路由過(guò)程 查詢(xún)?cè)诒O(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)傳送：洪泛方式，迭代地理轉(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(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)無(wú)線(xiàn)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(chǔ)方式的地理路由。無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)傳感器網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)方式 本地存儲(chǔ)（localstorage） 外部存儲(chǔ)（externalstorage） 數(shù)據(jù)中心存儲(chǔ)（data-centricstorage）無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)本地存儲(chǔ)方式 在本地存儲(chǔ)方式中，節(jié)點(diǎn)首先將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)保存在在本地存儲(chǔ)方式中，節(jié)點(diǎn)首先將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)保存在本地存儲(chǔ)器中

36、，并在收到查詢(xún)命令后，將相關(guān)數(shù)本地存儲(chǔ)器中，并在收到查詢(xún)命令后，將相關(guān)數(shù)據(jù)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(chǔ)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(chǔ)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(duì)較大的存儲(chǔ)空間，數(shù)據(jù)融合只能節(jié)點(diǎn)都具有相對(duì)較大的存儲(chǔ)空間，數(shù)據(jù)融合只能在傳輸過(guò)程中進(jìn)行，并且匯聚節(jié)點(diǎn)需要經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)在傳輸過(guò)程中進(jìn)行，并且匯聚節(jié)點(diǎn)需要經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)的延遲后才能獲得查詢(xún)數(shù)據(jù)。的延遲后才能獲得查詢(xún)數(shù)據(jù)。無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)外部存儲(chǔ)方式 在外部存儲(chǔ)方式下，節(jié)點(diǎn)在獲得監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)后，不在外部存儲(chǔ)方式下，節(jié)點(diǎn)在獲得監(jiān)測(cè)

37、數(shù)據(jù)后，不論匯聚節(jié)點(diǎn)目前是否對(duì)該數(shù)據(jù)感興趣，都主動(dòng)地論匯聚節(jié)點(diǎn)目前是否對(duì)該數(shù)據(jù)感興趣，都主動(dòng)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(chǔ)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(chǔ)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(duì)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(duì)突發(fā)事件的反應(yīng)速度，但是監(jiān)測(cè)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(cè)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。

38、近形成網(wǎng)絡(luò)熱點(diǎn)，降低傳感器網(wǎng)絡(luò)的吞吐率。無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中心存儲(chǔ)方式 在數(shù)據(jù)中心存儲(chǔ)方式下，首先對(duì)可能的監(jiān)測(cè)事件進(jìn)行命名，在數(shù)據(jù)中心存儲(chǔ)方式下，首先對(duì)可能的監(jiān)測(cè)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(cè)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(cè)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(chǔ)在本地。收數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)融合并存儲(chǔ)在本地。 數(shù)據(jù)中心存儲(chǔ)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

39、數(shù)據(jù)中心存儲(chǔ)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)不同事件監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的融合和存儲(chǔ)，是介于本地存儲(chǔ)和外部存儲(chǔ)事件監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的融合和存儲(chǔ)，是介于本地存儲(chǔ)和外部存儲(chǔ)的之間的一種方式，在查詢(xún)延遲、能量消耗和存儲(chǔ)空間等的之間的一種方式，在查詢(xún)延遲、能量消耗和存儲(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)方式能夠?qū)⒕W(wǎng)絡(luò)通信流量、處理流量和存儲(chǔ)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(chǔ)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)的產(chǎn)生。的產(chǎn)生。無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)GEM 路由 GEM

40、（graphembedding）路由是一種適用于）路由是一種適用于數(shù)據(jù)中心存儲(chǔ)方式的地理路由。數(shù)據(jù)中心存儲(chǔ)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(lái)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(lái)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(shù)（成一個(gè)以匯聚節(jié)點(diǎn)為根的帶環(huán)樹(shù)（ringedree），），每個(gè)節(jié)點(diǎn)用到樹(shù)根的跳數(shù)距離和角度范圍來(lái)表示，每個(gè)節(jié)點(diǎn)用到樹(shù)根的跳數(shù)距離和角度范圍來(lái)表示，節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)路由通過(guò)這個(gè)帶環(huán)樹(shù)實(shí)現(xiàn)。節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)路由通過(guò)這個(gè)

41、帶環(huán)樹(shù)實(shí)現(xiàn)。無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)虛擬極坐標(biāo)系統(tǒng) 第一步： 生成樹(shù)型結(jié)構(gòu)。 第二步： 反饋?zhàn)訕?shù)大小。 第三步： 確定虛擬角度范圍。無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)對(duì)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(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)基于虛擬極坐標(biāo)系統(tǒng)的路由算法無(wú)線(xiàn)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。 地理位置地理位置路由研究

42、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(duì)節(jié)點(diǎn)精確位置信息的依賴(lài)。路由機(jī)制對(duì)節(jié)點(diǎn)精確位置信息的依賴(lài)。 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?？梢赃M(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(guò)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(guò)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)坐標(biāo)系中的位置，然后確定

43、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。無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)邊界節(jié)點(diǎn)均為信標(biāo)節(jié)點(diǎn)

44、無(wú)線(xiàn)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)。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

45、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(guò)通過(guò) 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(wú)線(xiàn)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) , 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

46、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(wú)線(xiàn)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 信息信息 , 減少減少了對(duì)傳感器節(jié)點(diǎn)的功能要求了對(duì)傳感器節(jié)點(diǎn)的功能要求 ,

47、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(kāi)信開(kāi) 銷(xiāo)很大。銷(xiāo)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(guò)過(guò) 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)

48、際實(shí)際 位置位置 , 且對(duì)且對(duì) 于網(wǎng)于網(wǎng) 絡(luò)絡(luò)拓?fù)涞淖兓{(diào)整比較簡(jiǎn)單。拓?fù)涞淖兓{(diào)整比較簡(jiǎn)單。無(wú)線(xiàn)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(duì)于數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽磕承﹤鞲衅骶W(wǎng)絡(luò)應(yīng)用對(duì)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(wèn)題作環(huán)境惡劣經(jīng)常面臨失效問(wèn)題 , 這為研究適合于傳感器網(wǎng)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

49、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(duì)立對(duì) 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(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)基于不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

50、 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(wèn)題。在問(wèn)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(xún)需要時(shí)當(dāng)有數(shù)據(jù)查詢(xún)需要時(shí) , 匯聚節(jié)點(diǎn)匯聚節(jié)點(diǎn) 首先通首先通 過(guò)過(guò)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)的多條路徑 , 最后通過(guò)最后通過(guò) 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)

51、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(guò)程重新建立主路徑。的洪泛過(guò)程重新建立主路徑。無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)局部不相交路徑的構(gòu)建無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)纏繞多路徑無(wú)線(xiàn)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(cè)監(jiān)測(cè) 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 Information 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(kāi)始開(kāi)始 , 考慮可靠性需

52、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(mǎn)足可靠要求的數(shù)據(jù)傳輸。實(shí)現(xiàn)滿(mǎn)足可靠要求的數(shù)據(jù)傳輸。無(wú)線(xiàn)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)

53、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輸速率信息作出路由決 定定 , 同時(shí)通過(guò)鄰居反饋機(jī)制保證網(wǎng)同時(shí)通過(guò)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)

54、全局定義的傳輸速率閾值之上。節(jié)點(diǎn)還通過(guò)反向壓力路由變更機(jī)制避開(kāi)延遲太大的鏈路和路由空通過(guò)反向壓力路由變更機(jī)制避開(kāi)延遲太大的鏈路和路由空洞。洞。無(wú)線(xiàn)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(lái)得到網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載情況用來(lái)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 rding , SN GF ) , 用來(lái)選擇滿(mǎn)足傳輸速率要用來(lái)選擇滿(mǎn)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 ( nei

55、gh borhood feedback loop , NF L) , 是當(dāng)是當(dāng) SNG F 路由算法中找不到滿(mǎn)足傳輸速率要求的下路由算法中找不到滿(mǎn)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(lái)避免擁塞和路由空洞。用來(lái)避免擁塞和路由空洞。無(wú)線(xiàn)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)節(jié)點(diǎn) 的的 通通 信信 延延 遲遲 , 用用 來(lái)來(lái) 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

56、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(zhuān)門(mén)分組探測(cè)節(jié)點(diǎn)間的如果用專(zhuān)門(mén)分組探測(cè)節(jié)點(diǎn)間的通信延遲通信延遲 , 開(kāi)銷(xiāo)比較大。開(kāi)銷(xiāo)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(guò)程如下具體過(guò)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 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 AC

57、K 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(lái)記錄延遲值和原來(lái)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

58、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(lái)的來(lái)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(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)SNGF 算法 節(jié)點(diǎn)將鄰居節(jié)點(diǎn)分為兩類(lèi)節(jié)點(diǎn)將鄰居節(jié)點(diǎn)分為兩類(lèi) : 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(chēng)為候

59、選轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)集合更遠(yuǎn)的節(jié)點(diǎn)。前者稱(chēng)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(wú)線(xiàn)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 集合為空集合為空 , 意味著意味著 分分組組 走到了走到了 路由路由 空洞空洞 中。這中。這 時(shí)節(jié)時(shí)節(jié) 點(diǎn)將點(diǎn)將 丟丟 棄分棄分 組組 ,并使用下一節(jié)介紹的反向壓并使用下一節(jié)介紹的反向壓 力信力信 標(biāo)標(biāo)

60、( backpr es sure beacon) 消消 息息 通告通告 上一上一 跳節(jié)跳節(jié) 點(diǎn)點(diǎn) , 以以 避免分組再走到這個(gè)路避免分組再走到這個(gè)路由空洞中。由空洞中。無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)SNGF 算法 根據(jù)傳根據(jù)傳 輸速率是輸速率是 否滿(mǎn)足否滿(mǎn)足 預(yù)定的傳預(yù)定的傳 輸速率閾輸速率閾 值值 , F CS 集合集合 中的節(jié)中的節(jié) 點(diǎn)又分為點(diǎn)又分為 兩類(lèi)兩類(lèi) : 大于速率閾大于速率閾值的鄰居節(jié)點(diǎn)和小于值的鄰居節(jié)點(diǎn)和小于 速率閾速率閾 值的值的 鄰居節(jié)鄰居節(jié) 點(diǎn)。點(diǎn)。若若 FCS 集合集合 中有中有 節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)的 傳輸傳輸 速速 率大于速率率大于速率閾值閾值 , 則在這些節(jié)點(diǎn)則在這些節(jié)點(diǎn) 中按中按 照照