WSN（3）（2）：第三章⽆线传感⽹络的通信与组⽹
通常传感器节点的通信覆盖范围只有⼏⼗⽶到⼏百⽶，⼈们要考虑如何在有限的通信能⼒条件下，完成探测数据的传输。⽆线通信是传感器⽹络的关键技术之⼀。所以我们下⾯介绍WSN在物理层技术、MAC协议、路由协议、传输控制四个⽅⾯的要求与特点。这⾥介绍路由协议与传输控制。
⽬录
路由协议
路由协议概述
⽬的：
路由选择(routing)是指选择互连⽹络从源节点向⽬的节点传输信息的⾏为，并且信息⾄少通过⼀个中间节点。
功能：
路由协议负责将数据分组从源节点通过⽹络转发到⽬的节点，它包括两个功能：
① 寻源节点和⽬的节点间的优化路径； ② 将数据分组沿着优化路径正确转发。
WSN路由与传统路由的⽐较：
与传统路由相⽐，WSN的路由必须要具有以下特点：
（1）能量优先(能量消耗) （2）基于局部拓扑信息(资源有限) （3）以数据为中⼼(关注感知数据) （4）应⽤相关(没有统⼀路由机制)
在根据具体应⽤设计路由协议时，必须满⾜如下要求：
（1）能量⾼效（协议简单、节能能量、均匀消耗） （2）可扩展性（⽹络范围、节点密度） （3）稳健性（节点变化、拓扑变化） （4）快速收敛性
分类：从应⽤⾓度出发的四类路由协议：
（1）能量感知路由协议：从数据传输的能量消耗出发，讨论最少能量消耗和最长⽹络⽣存期等问题。路由选择时可以根据转发节点的剩余能量进⾏路由。
（2）地理位置路由协议：把节点的位置信息作为路由选择的依据，能够完成节点的路由选择功能，并降低系统专门维护路由协议的能耗。路由选择时以节点位置为参考信息。可应⽤于⽬标跟踪
（3）基于查询的路由协议：在汇聚节点发出任务查询命令，传感器⽹络的终端探测节点向监控中⼼报告采集的数据。在这类监控和检测的应⽤问题中，通信流量主要是查询节点和传感器探测节点之间的命令和数据传输，同时传感器探测节点的采集信息通常要进⾏数据融合，通过减少通信流量来节省能量，即数据融合技术与路由协议的设计相结合。
路由选择时以数据为中⼼，分查询和报告两个阶段。
（4）可靠的路由协议：为满⾜⽤户的某些⽅⾯的服务质量指标，需要考虑可靠的路由协议设计技术
二十年后的家乡五年级作文500字典型路由协议（重点）
泛洪路由协议：
是以数据为中⼼的路由协议，每个节点收到数据后，需要转发给所有的邻居节点，所以⾮常消耗资源，还有可能发⽣信息爆炸和数据重叠，但是健壮性强、简单。
：
为你流的泪是以数据为中⼼的路由协议，分为兴趣扩散、数据传播、路径强化三个阶段。路径强化提⾼了数据传输的速率，周期性路由使其能量均衡消耗。但是，能量和时间的开销依旧很⼤，⽆法适⽤于⼤规模⽹
络，节点需要维护⼀个兴趣消息列表，代价较⼤。
定向扩散协议(DD)是先将兴趣消息采⽤洪泛⽅法传播到⽹络，有和兴趣匹配数据的节点发送数据。最后建⽴源节点-Sink（汇聚节点）的强化路径，以后的数据沿着该强化路径转发
◎定向路由协议三个阶段
有三个阶段：周期性的兴趣扩散、梯度建⽴和路径加强
【兴趣扩散时候是汇聚节点到源节点；梯度建⽴时是源结点到汇聚节点】
“定向扩散路由协议（Directed Diffusion）简称DD路由协议，是⼀种典型 的以数据为中⼼，基于查询的路由机制。汇聚节点根据不同的应⽤需求定义不同的兴趣(Interest)请求消息，并通过洪泛的⽅式将兴趣请求消息数据包发送⾄全⽹或者局部⽹络的传感器节点。兴趣请求消息⽤来表⽰查询内容，反应终端⽤户希望获得全⽹不同类型的数据服务，例如，监测区域中环境的温度、湿度、光照度以及流媒
体应⽤等。在进⾏兴趣消息洪泛发送过程的同时，每个节点根据缓存中的兴趣列表，沿着兴趣消息发送⽅向的反向建⽴数据传输梯度( Gradient)，当兴趣消息到达源节点后，源节点则将数据沿着之前建⽴好的传输梯度进⾏正向传输，直到汇聚节点。”
（1）兴趣扩散阶段过程
在兴趣Cache（兴趣列表）检查是否有相同的兴趣表项
1. 若没有，就创建⼀个新的兴趣表项，该表项记录了⼀个梯度域与邻居节点对应，表项记录邻居节点、数据传输率；（梯度：表⽰
了数据的传输⽅向）
2. 若有相同的兴趣表项，但没有兴趣来源的梯度信息，则以指定的数据率增加⼀个梯度域，并更新时间戳；
3. 若节点有相同的兴趣表项和相同的梯度，则只是更新时间戳和持续时间。
（2）数据传播阶段：当传感器探测节点采集到与兴趣匹配的数据时，把数据发送到梯度上的邻居节点，并按照梯度上的数据传输速率，设定传感器模块采集数据的速率。
（3）路径加强阶段：Sink节点选择⼀个标准（如时延），作为最优路径（强化路径）。若时延为标准，则Sink节点选择最先收到的新数据的邻居节点作为强化路径的下⼀跳，并向该节点发送路径加强消息，路径加强消息进⾏转发（不是⼴播），建⽴源节点-Sink的强化路径后，以后的数据沿着该强化路径转发。
优点：
①数据中⼼路由，定义不同任务类型/⽬标区域消息；
②路径加强机制可显著提⾼数据传输的速率；
③周期性路由：能量的均衡消耗；
缺点：
①周期性的洪泛机制---能量和时间开销都⽐较⼤；
②Sink周期性⼴播，不适⽤于⼤规模⽹络；
③节点需要维护⼀个兴趣消息列表，代价较⼤；
LEACH协议：
是集结构的路由协议，采⽤分簇⽅式，先建⽴簇头，再由簇头采集和处理簇内节点的数据，最后将处理后的数据传输出去，虽然节能且数据融合了，但是簇头需要定期选举，簇选择需要优化。
集结构路由协议（LEACH）是最早的⼀种分层路由算法，先建⽴簇头，再数据传输。
运行 命令
优点：
①优化了传输数据所需能量；
②优化了⽹络中的数据量（簇头数据融合）；
缺点：
①节点硬件需要⽀持射频功率⾃适应调整；
②⽆法保证簇头节点能遍及整个⽹络；
③分簇与簇头选举要公平
当然还有很多改进算法……
GEAR协议：
是基于地理信息的路由协议，节点知道⾃⼰的位置，利⽤位置路由，避免了泛洪消息，减少了开销并且节能，但是可能存在位置空洞，也不适合移动的WSN
地理位置路由（GEAR）节点知道⾃⼰的地理位置，利⽤位置进⾏路由
S->D：源节点S选择与⽬标区域D距离最⼩的邻节点转发，若发现⾃⼰为最⼩距离节点，则判断存在“⿊洞”，则选择⾃⾝邻节点中距离⽬的区域最⼩的节点分组转发。
D->S:1.（当区域节点密度⼤于阈值）递归转发机制（如S->D）2.（当区域密度较校）直接采⽤泛洪法转发传递分组到⽬标节点。
优点：毕业鉴定
（1）利⽤了位置信息，避免了查询消息的Flooding；
（2）考虑了消耗的能量和节点剩余能量，均衡消息；
（3）路径选择可达到局部最优；
（4）迭代地理转发对洪泛机制的补充；
缺点：
（1）可能出现路由空洞（局部信息） ；
（2）不适合在移动WSN使⽤；
QOS协议：
是基于服务质量的路由协议，考虑了QOS需求、节点剩余能量、每个分组的优先级和端到端时延等。
典型的路由协议分类
（1）数据为中⼼路由协议（相同的数据进⾏融合，再传输）：Flooding（洪泛法）, Directed Diffusion（定向扩散）
（2）集结构的路由协议（分层路由，分为单层模式和多层模式）：LEACH
（3）地理信息路由协议（节点知道⾃⼰的地理位置，利⽤位置进⾏路由）：GEAR
（4）QOS路由协议（路由建⽴时，考虑QOS需求，节点剩余能量，每个分组的优先级和端到端时延等）：QOS路由协议
总结：
泛洪路由协议（Flooding）：强健壮性，可产⽣信息爆炸、接收多份信息，资源浪费严重四川南充百年清朝古尸
定向扩散协议(DD)：强健壮性，相⽐泛洪更加⾼效，开销较⼤
集结构路由协议(LEACH)：节能，数据优化，但簇头选择、簇选择需要改进
给自己一句鼓励的话地理位置路由协议(GEAR)：避免泛洪
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