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ttking

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发表于2021年04月29日 11:32:07 188 3
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[技术干货] 无线传感器网络——树类路由协议

>层次(分簇)型路由:网络被划分为若干个簇,每个簇由一个簇头节点和若干个簇成员节点组成。簇头节点负责簇内成员节点数据信息的收集和融合处理,以及簇间数据的转发。分簇协议中设计簇头的选举策略是一个重要议题。典型的分簇路由协议有:LEACH、PEGASIS、HEED等! # 背景 1.无线传感器网络由于其节点的能量有限,应用场景复杂多变,因此网络的动态性较大,节点往往会由于某种原因而失效,这种情况称为弹性。 2.为了解决WSN中数据传输的可靠性问题,**一种常见策略是采取多条路径的路由策略**。利用冗余路径,当一条路径失效时,可以选择其余路径。在多路径路由当中,通常多条路径中性能最优的路径作为主路径,其余路径则作为备选路径。性能最优可以根据需要定义不同的衡量标准。 通常,多路径路由有两种:一种是**分离多路径**,另一种则是**缠绕多路径**。 3.多路径的弹性和维护开销有着密切关系:弹性好,意味着协议能够快速检测到路径失效并切换到另外的路径上 # 1.SAR路由协议 SAR(Sequential Assignment Routing)有序分配路由协议是第一个在无线传感器网络中保证QoS的主动路由协议,也是一种基于多路径的路由协议。 为了建立起从每个节点到达汇聚节点的多径路由,从汇聚节点的邻居节点开始为树根,依次扩展建立树状结构。从汇聚节点开始,每一个树都会尽可能地向具有满足QoS或者剩余能量较多的邻居节点延伸和扩展。 ![image.png](https://bbs-img.huaweicloud.com/data/forums/attachment/forum/202104/29/112625r9shbe8re1sntfjb.png) # 2.LEACH路由协议 LEACH是一种低功耗自适应聚类路由协议,它打破了原有成簇算法中固定簇头的思想,采用本地簇头随机轮循机制将能量负载均匀分布到网络中的所有节点,提升了簇状无线传感器网络的性能。 ![image.png](https://bbs-img.huaweicloud.com/data/forums/attachment/forum/202104/29/112726yxippsgwyrxvwaom.png) ## 2.1 LEACH路由协议的基本思想 LEACH基本思想:将节点组织成簇结构形式,每个簇有一个簇头节点(Cluster Head Node),其他节点作为非簇头节点。所有的非簇头节点只与本簇的簇头节点通信,数据由簇头节点传输到Sink节点。 簇头节点除了传输非簇头节点的数据外,还要执行数据融合功能。因此,簇头节点要比非簇头节点消耗更多能量,为避免节点长期担当簇头而过早耗尽能量,LEACH使用轮转的方式选举节点成为簇头节点,从而让所有的节点都有机会成为簇头节点而达到网络中节点能量消耗均匀的目的。 其拓扑图如下: ![image.png](https://bbs-img.huaweicloud.com/data/forums/attachment/forum/202104/29/11284249ktqrqgarg10mfu.png) ## 2.2 LEACH路由协议的优点 - 由于采用层次结构,使得节点路径的选择及路由信息的储存都非常简单直接,节点不需要储存大量路由信息,比较适合无线传感器网络。 - 簇头随机选取,无需全网命令控制,实现比较容易。而且节点机会均等,网络负载比较均衡。 - LEACH中采用的成簇技术使网络具有很好的扩展性,同时簇头的轮转选择使网络具有较强的抗毁性。 - 传感器节点对信息收集是集中和周期性的,因此该协议能良好的应用于持续监测的区域。 ## 2.3 LEACH路由协议的缺点 - 在LEACH算法中,所有节点都与簇头节点通信,而簇头节点又要与Sink节点进行通信,簇头能量消耗将大大增加,会导致其过早死亡。一旦簇头节点死亡失效,就会导致其簇内成员不能将数据传送到Sink节点,使网络覆盖不全; - 在所有节点初始能量相同的前提下,LEACH在选取簇头时没有考虑到节点当前能量问题。当节点当前能量较低时,继续担任簇头节点,将加快其死亡而成为盲节点。过多的盲节点会降低网络平均生命周期,导致路由协议的低效率。 - 选择簇头的方法无论从数量上还是分布位置上往往呈现较大不确定性 # 3. PEGASIS路由协议 PEGASIS(Power-Efficient Gathering in Sensor Information Systems),一种基于LEACH协议基础上建立起来的路由协议,主要解决LEACH协议中由于簇头频繁变更,导致通信开销较大的问题。 PEGASIS协议并不采用全网多个簇头的方案,而是只采用一个簇头,其将全网看成是一个簇群,并将其称为链。簇头节点与汇聚节点能够通过一跳通信,其余传感器节点只能通过多跳的形式与簇头节点通信。 PEGASIS将全网看成是一个链,因此簇头节点将链分成两部分,而数据分别从两端传输至簇头节点。 在传输的过程中,每个节点必须知道自己的所在地理位置,以便在转发时采用贪心策略,将数据转发给与其距离最近的节点,并在转发过程中应做相应的数据融合。当两端数据发送完毕后,进行下一轮簇头节点的选择。 ## 3.1 PEGASIS路由协议的缺点 - 一旦簇头出现故障,整个网络将陷于瘫痪; - 协议假定每个节点均能直接与汇聚节点通信,而在实际网络中,传感器节点一般是通过多跳的形式传输数据以减少能量消耗; - 每个节点需要知道邻居节点的能量状态以及地理位置信息,需要大量的能量开销; - 远距离的节点(链尾)会有较大的信息延迟;

网络 NAT TCP/IP

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极客潇

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发表于2021年04月30日 11:42:50
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sangjunke

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极客潇

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