无线传感器网络.ppt

第一页，共二十三页，2022年，8月28日 基于地理位置的路由协议 一：引言 二：基本思想 三：信标发送机制 四：局部优化问题 五：边界转发 六：扩展分析 七：优缺点 第二页，共二十三页，2022年，8月28日 引言 无线传感器网络(WSN)综合了传感器技术、嵌入式计算机技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等,能够通过各类集成化的微型传感器协作地实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息,这些信息通过无线方式被发送,并以自组多跳的网络方式传送到终端 用户,让观察者知道何时何地发生何种事情 第三页，共二十三页，2022年，8月28日 引言 一个典型的传感器网络结构包括传感器节点(Nodes)、汇聚节点(Sink)、基础设施网络(因特网或卫星)以及传感器网络管理者(User). 传感器节点：它都其有数据采集、数 据处理和数据传输的功能。 第四页，共二十三页，2022年，8月28日 引言 传感网特点： 电源能址有限性 拓扑结构动态变化性 节点自组织性 寻址以数据为中心 通信能力有限，受外界干扰较大 计算能力有限 传感器节点数量巨大、分布范围广、感知数量大 第五页，共二十三页，2022年，8月28日 引言 协议栈结构：感器网络由物理层、数据链路层、网络层、传输层、应用层、能量管理平面、移动性管理平而和任务竹理平面八个部分组成。 第六页，共二十三页，2022年，8月28日 引言 数据量路层：传感器节点的能耗四个来源：空闲侦听、冲突、串扰、控制开销 网络层路由协议： 平面路由协议 层次路由协议 第七页，共二十三页，2022年，8月28日 引言 随着定位技术的发展,节点可以方便地获得自己的地理位置信息,地理位置路由就是以这些位置信息作为路由选择的依据,并按照一定的转发策略把数据发送到目的节点。 第八页，共二十三页，2022年，8月28日 基本思想 GPSR(GreedyPerimeterStatelessRouting)路由算法是使用地理位置信息实现路由的一种算法,它使用贪婪算法建立路由。当节点S需要向节点D转发数据分组的时候,它首先在自己所有的邻居节点中选择一个距离D最近的节点作为数据分组的下一跳,然后将数据分组传送给它。该过程一直重复,直到数据分组到达目的节点D或者某个最佳主机。在发生最佳主机问题的时候,数据分组采用边界转发的策略来实现路由。 第九页，共二十三页，2022年，8月28日 信标发送机制 GPSR周期性地向所有邻居节点发送信标(Beacon)信号,来得到需要用到的邻居节点的信息。该信标信号中包含了节点的标识和节点的地理位置信息,信标采用广播的方式发送,节点广播域中所有的邻居节点都会收到该信标信号。GPSR采用了一种随机选取信标发送间隔的策略,一个节点前后两次发送信标的时间间隔在[0.5B,1.5B]上服从均匀分布,其中B为发送信标的平均时间间隔。采用该方法,可以降低多个邻居节点发送信标信号时的冲突率。采用周期性地发送信标信号地方式,可以检测到是否有邻居节点远离或者新节点的加入。 第十页，共二十三页，2022年，8月28日 局部优化问题 GPSR路由算法使用了贪婪转发机制,贪婪转发的最大缺点就是会导致局部最优化问题,如图1所示。在该图中,源节点为S,目的节点为D。在前两跳中采用贪婪算法,数据分组到达中间节点F。从图中可以看出,虽然经过节点F存在一条从S到D的路径,但由于在F传输范围内的所有节点中,F距离目的节点D最近,根据贪婪算法节点F将选择自己作为数据分组的下一跳,这样数据分组将不能到达目的节点D,这就是局部最优化(Localoptimum)问题,节点F被称为最佳主机。针对这种情况,GPSR协议提出了边界转发(PerimeterForwarding)策略,该策略作为贪婪转发的一个补充。 第十一页，共二十三页，2022年，8月28日 边界转发 空旷域问题： 由于X在空旷区域内找不到离D更近的邻居节点，因此它将尽力在空旷区域的外部寻找转发节点以向D转发数据分组，X节点将沿着空旷区域的边界寻找到达节点D的路由。 第十二页，共二十三页，2022年，8月28日 边界转发 右手法则： 当一个数据分组从节点y到达节点x后，它经过的下一边是以x为顶点，沿(x, y)逆时针方向上的第一条链路，图3中为(x, z)，后续各边同样依此法则确定。 第十三页，共二十三页，2022年，8月28日 边界转发 平面图的构造： 使用边界转发的前提是要事先构造一个平面图来描述网络拓扑,平面图中任意两条边都不相交,GPSR算法中构造平面图的方法是删除网络拓扑图中交叉的边。 对于网络中所有节点,假设一跳通信范围半径都为r,并且都位于同一平面内。如果节点n和m的距离d(n,m)r,则认为n和m之间有一条边(n,m)。 第十四页，共二十三页，2022