WSN 路由协议

WSN NWK协议

名称：能量路由/能量多路径路由

原理：能量路由：根据节点的可用能量或传输路径上的能量需求，选择数据的转发路径；

      能量多路径路由：根据概率选择源到目的之间的多条路径之一，均衡消耗能量。

优点：从理论上可以保证尽可能地延长网络节点整体生存时间。

缺点：不容易实现，需要节点知道整个网络的全局信息。

适合：对节能有非常苛刻要求的网络。

图1能量路由算法

 

名称：定向扩散（Directed Diffusion, DD）

原理：Sink洪泛传播兴趣消息给所有传感器节点，节点建立反向的数据传输梯度，节点采集的数据沿梯度方向传送到Sink。

优点：以数据为中心的路由，Sink根据不同应用可定义不同的任务类型、目标区域等参数。

缺点：兴趣扩散采用洪泛传播，能量和时间开销都比较大，MAC休眠造成兴趣建立不一致。

适合：环境监测等多种数据采集场合。

图2  DD协议

 

名称：GEM（Graph Embedding）路由

原理：将网络的实际拓扑结构转化为虚拟极坐标系统，即一个以Sink为根节点的带环树结构，并在这个带环树上实现节点间的数据路由。

优点：简单地将网络实际拓扑信息映射到一个易于路由的逻辑拓扑中，不改变节点相对位置。

缺点：实际网络拓扑发生变化时，树的调整比较复杂。

适合：拓扑结构相对稳定的传感器网络

图2传感器网络虚拟角度原理

图3  VPCR路由算法

 

名称：SPIN（Sensor Protocol Information via Negotiation）路由

原理：通过三步握手协议（ADV-REQ-DATA）和邻居节点的协商实现路由。

优点：部分解决了Flooding的内爆和重叠问题，不需要路由维护，网络拓扑变化不敏感。

缺点：向全网扩散新消息，开销比较大。

适合：规模较小或者移动WSN。

 

图4  SPIN三步握手协商

 

名称：LEACH（Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy）算法

原理：根据选举算法选择簇头与Sink通信，普通节点与簇头节点通信。

优点：优化了网络中的数据量和传输数据所需能量。

缺点：单跳路由无法适应较大规模网络，簇头维护开销比较大。

适合：适用于检测区域较小、传感器采集的数据具有高度相似性的网络。

图5  LEACH算法

 

名称：APTEEN（Adaptive Threshold sensitive Energy Efficient sensor Network）算法

原理：分层次路由，既捕获周期性数据采集，又能对实时性事件做出较快反应。

优点：相比TEEN更加节能。

缺点：更长的时延和复杂性。

适合：适用于突发事件较多的网络。

 

图6  APTEEN协议

 

名称：SHPER（Scaling Hierarchical Power Efficient Routing）算法

原理：按距离划分Upper和Lower两层次，按节点剩余能量选择簇头，按能量代价路由。

优点：平衡整个网络的能量。

缺点：不容易实现。

适合：适用于扩展性要求较高的网络。

图7  SHPER协议

 

名称：MIMO（Multihop Virtual Multiple Input Multiple Output）协议

原理：多跳多路径传输数据，使用SNR策略动态调整发射功率，采用路由表进行路由传输。

优点：在保证节能的同时，还能提供QoS。

缺点：不容易实现，可能带来次优性能。

适合：适用于网络节点多，对节能和QoS都有要求的网络。

图8 多跳MIMO协议

 

名称：Flooding协议

原理：源节点将数据传送给它的每个邻居节点，每个邻居节点再将数据传送给各自的除发送数据来的节点之外的其他节点，直到数据传送目标节点或者生存期限为0为止。

优点：实现简单，无需为路由消耗能量。

缺点：容易引起信息爆炸和重叠，浪费网络资源。

适合：可用于军事应用。

 

图9  Flooding协议

 

名称：SPEED协议

原理：首先在相邻节点之间交换传输延迟，以得到网络负载情况；然后节点利用局部地理信息和传输速率信息选择下一跳的节点;同时通过邻居反馈机制保证网络传输畅通，并且通过反向压力路由变更机制避开延迟太大的链路和路由空洞。

优点：有效平衡了网络的流量负荷，可提供拥塞避免机制，具有较低的时延及丢包优选率。

缺点：不容易实现，节能效果较差。

适合：适用于对时延要求较高的网络。

图10  SPEED协议

 

名称：RPL（Routing Protocol for Low power and Lossy Networks）协议

原理：组建和维护一个DAG（有向无环图）以支持MP2P、P2MP和P2P路由模式。

优点：基于距离矢量和最短路径路由，可提供高效率和低功耗。

缺点：算法较复杂，避免环路和路径维护代价较大。

适合：特别适合于低功耗、低速率、多跳的网络。

图11  RPL协议

 

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