無線傳感器網(wǎng)絡(luò)課件第4章_無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議第一頁，共31頁。路由協(xié)議路由協(xié)議是WSN的關(guān)鍵技術(shù)之一，它負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)分組從源節(jié)點通過網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)到目的節(jié)點主要包括兩個方面的功能：尋找源節(jié)點和目的節(jié)點的優(yōu)化路徑將數(shù)據(jù)分組沿著優(yōu)化路徑正確轉(zhuǎn)發(fā)與有線網(wǎng)絡(luò)和蜂窩式無線網(wǎng)絡(luò)不同，WSN中沒有基礎(chǔ)設(shè)施和全網(wǎng)統(tǒng)一的控制中心在這種無中心的環(huán)境下，路由可以看成分布式地獲取網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔?，以一定?zhǔn)則計算路徑并對路徑進(jìn)行維護(hù)的過程。第二頁，共31頁。WSN的特點及對路由設(shè)計的影響

WSN的網(wǎng)絡(luò)特點是路由設(shè)計的主要依據(jù)，對網(wǎng)絡(luò)特點的分析是進(jìn)行協(xié)議設(shè)計的前提

無線傳感網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的最大特點是具有明顯的方向性。為了實現(xiàn)信息采集的目的，WSN的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)大都發(fā)生在數(shù)據(jù)匯聚節(jié)點（sink）和普通的傳感器節(jié)點之間，包括sink節(jié)點到傳感器節(jié)點的下行業(yè)務(wù)（如查詢指令下達(dá)）和傳感器節(jié)點到sink的上行業(yè)務(wù)（如采集信息的回傳）傳感器節(jié)點之間的橫向業(yè)務(wù)所占比例較小，主要是網(wǎng)絡(luò)的控制信息和網(wǎng)內(nèi)信息處理所需要的信息。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的一個基本理念是以大量低成本節(jié)點組網(wǎng)，通過節(jié)點之間的協(xié)作獲得比單一的高精度、高可靠性和高成本的傳感器更好的信息采集效果。單個傳感器低能量和不可靠是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)固有的，將對協(xié)議設(shè)計產(chǎn)生較大影響。第三頁，共31頁。從對路由協(xié)議設(shè)計影響的角度，歸納WSN的特點1.形式多樣的信息報告模式WSN中信息報告模式分三類：a.事件觸發(fā)：節(jié)點采集信息后判斷，若超過一定的閾值，則認(rèn)為發(fā)生了某種事件，需要立即上報，如用于預(yù)警的WSNb.周期的：節(jié)點定期把采集到的信息報告給sink。如野生動植物和環(huán)境監(jiān)測WSNc.基于查詢：node不主動向sink上報采集到的信息，而是等待用戶查詢，根據(jù)用戶需要反饋信息。d.混合模式：前三種的綜合。如智能交通的WSN不同的信息報告模式影響路由的觸發(fā)機(jī)制a.事件觸發(fā)模式：從節(jié)能的角度，按需建立路由更恰當(dāng)b.周期報告模式：采用先應(yīng)式的方法建立路由更加合適c.基于查詢模式：查詢信息的本身就可以輔助建立路由第四頁，共31頁。2.多對一和一對多為主的業(yè)務(wù)模式

WSN的主要業(yè)務(wù)是傳感器節(jié)點把采集到的信息傳給sink和sink向WSN下達(dá)查詢命令，這是典型的多對一和一對多的模式。為了支持這種通信模式，WSN中很多路由協(xié)議建立具有樹狀結(jié)構(gòu)的路由第五頁，共31頁。3.數(shù)據(jù)為中心的設(shè)計理念把WSN看成是一個大型的數(shù)據(jù)庫，用戶關(guān)心的是從這里得到什么信息，而不關(guān)心數(shù)據(jù)庫中的哪個元素（node）提供了該信息該理念對網(wǎng)絡(luò)層的一個重要影響是節(jié)點的地址分配一般情況下沒必要為每個node分配全局唯一地址，node描述信息產(chǎn)生時間，地點和內(nèi)容即可，統(tǒng)一編址，對大規(guī)模WSN開銷過大特定情況，節(jié)點ID和位置具有一定綁定關(guān)系，可用ID代替位置。如工業(yè)檢測WSN

從實現(xiàn)多跳通信的角度，需要在局部標(biāo)識不同的節(jié)點。該理念還影響分組轉(zhuǎn)發(fā)的過程

WSN中，原始數(shù)據(jù)可能存在一定的冗余，在滿足信息采集的要求前提下，可以在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)過程中對其進(jìn)行修改，甚至把多個分組合并成一個分組，從而降低能耗第六頁，共31頁。4.動態(tài)變化的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浯蟛糠值腤SN中節(jié)點并不移動，造成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓闹饕蚴枪?jié)點的失效和存在不可靠性、非對稱鏈路。為了節(jié)能和延長網(wǎng)絡(luò)壽命，需要對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行休眠調(diào)度，會在一定程度上增加網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞膭討B(tài)性。在有些WSN中為了彌補(bǔ)節(jié)點失效造成的性能損失，進(jìn)行再布設(shè)（re-deployment），也會使網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)生變化。有些WSN中的節(jié)點是可移動的，如醫(yī)療監(jiān)測WSN，候鳥遷徙WSN，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓容^快第七頁，共31頁。5.能量受限、結(jié)構(gòu)簡單的節(jié)點Node大都由電池供電，電池體積小，能量有限且難以更換許多場合需要WSN連續(xù)工作數(shù)年甚至更長。Node結(jié)構(gòu)簡單，存儲、處理、通信能力低，單個節(jié)點可靠性差。要求協(xié)議盡可能簡單，具有容錯性6.密集布設(shè)的大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)WSN通常密集布設(shè)大量節(jié)點，節(jié)點數(shù)量達(dá)到成千甚至上萬。同時節(jié)點的密度也很高，有的情況下可以達(dá)到20個/m3這些使得協(xié)議的可擴(kuò)展性變得十分重要第八頁，共31頁。1.能量有效性提高能量有效性是WSN從硬件設(shè)計到軟件開發(fā)都必須考慮的問題。從路由協(xié)議設(shè)計的角度有兩種思路提高能量有效性：a.節(jié)能：尋找節(jié)能路由，減少路由建立和維護(hù)的控制開銷，提高路由可靠性b.能耗均衡：從空間上調(diào)度能量資源，使網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點能量均衡消耗路由協(xié)議的關(guān)鍵問題分析2.可擴(kuò)展性可擴(kuò)展性是指網(wǎng)絡(luò)的性能不隨著網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的數(shù)量增加而有明顯的下降兩類重要策略：a.分層路由：網(wǎng)絡(luò)分成若干層，低一層的群首構(gòu)成高一層的網(wǎng)絡(luò)。節(jié)點地位不同，首為局部控制中心，負(fù)責(zé)群內(nèi)路由、信道接入、休眠調(diào)度等；大多數(shù)節(jié)點作為群成員其操作相對簡單，控制開銷較低b.地理路由：地理位置信息實際上體現(xiàn)節(jié)點間相對拓?fù)潢P(guān)系，利用這一信息路由能很大程度上降低用于收集拓?fù)湫畔⒏冻龅拈_銷，提高協(xié)議的可擴(kuò)展性地理路由使用的前提是節(jié)點能獲得自己和目的節(jié)點的地理位置信息對于節(jié)點有移動性，任意兩個節(jié)點之間都可能進(jìn)行通信的網(wǎng)絡(luò)，為獲得目的節(jié)點位置信息需不斷更新位置信息，開銷較大，地理路由的優(yōu)勢就不明顯第九頁，共31頁。3.數(shù)據(jù)傳輸可靠性數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃灾苯雨P(guān)系到WSN是否能給用戶提供準(zhǔn)確、全面和可靠的信息，而WSN中節(jié)點無線通信能力弱，應(yīng)用環(huán)境復(fù)雜，實際的鏈路質(zhì)量比較低。如何保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃允荳SN路由設(shè)計中的一個關(guān)鍵問題影響WSN數(shù)據(jù)傳輸可靠性原因：a.無線信道上的碰撞導(dǎo)致分組無法正確接收b.節(jié)點故障使路由不可用，導(dǎo)致分組丟失c.鏈路不可靠，導(dǎo)致分組傳輸出錯或丟失路由協(xié)議的解決策略：a.建立多路徑路由：①建立信源節(jié)點到目標(biāo)節(jié)點的多條路徑，選擇最優(yōu)路徑作為主路徑，其他路徑為備份②使用多條路徑發(fā)送原始分組的多個副本，即使其中一些傳輸丟失也不會影響端到端的可靠性b.選擇可靠鏈路第十頁，共31頁。幾十種WSN路由協(xié)議，未統(tǒng)一分類標(biāo)準(zhǔn)一種分類方法（5類）：路由協(xié)議的分類1.基于聚簇的路由協(xié)議

LEACH,PEGASIS,TEEN等2.基于地理位置的路由協(xié)議基于地理位置的距離貪心路由協(xié)議，基于地理位置的角度貪心路由協(xié)議，GEM,MAP,LCR等3.以數(shù)據(jù)為中心的路由協(xié)議

Flooding，SPIN，DD，Rumor-routing，TTDD，支持查詢的近似路由算法等4.能量感知路由協(xié)議

Energyawarerouting，GEAR,等5.容錯路由協(xié)議建立多條路徑，重復(fù)傳輸數(shù)據(jù)包，基于編碼的機(jī)會路由協(xié)議（MORE）等第十一頁，共31頁。以數(shù)據(jù)為中心泛洪路由(Flooding)擴(kuò)散法(Flooding)是一種傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議，不需要知道網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和使用任何路由算法協(xié)議內(nèi)容：一節(jié)點S希望發(fā)送一塊數(shù)據(jù)給節(jié)點D，節(jié)點S首先通過網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)副本傳送給它的每一個鄰居節(jié)點，每一個鄰居節(jié)點又將其傳輸給各自的每一個鄰居節(jié)點，除了剛剛給它們發(fā)送數(shù)據(jù)副本的節(jié)點S外。如此繼續(xù)下去，直到將數(shù)據(jù)傳輸?shù)侥繕?biāo)節(jié)點D為止或者為該數(shù)據(jù)所設(shè)定的生命期限（在傳感器網(wǎng)絡(luò)里面通常定義為最大跳數(shù)）變?yōu)榱銥橹够蛘咚泄?jié)點擁有此數(shù)據(jù)副本為止。第十二頁，共31頁。洪泛路由（Flooding）的優(yōu)點：①實現(xiàn)簡單②不需要為保持網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔⒑蛯崿F(xiàn)復(fù)雜的路由發(fā)現(xiàn)算法而消耗計算資源③適用于健壯性要求高的場合。洪泛路由（Flooding）的不足：①存在信息爆炸(Implosion)問題，即出現(xiàn)一個節(jié)點可能得到一個數(shù)據(jù)多個副本的現(xiàn)象②出現(xiàn)部分重疊(Overlap)現(xiàn)象，如果處于同一觀測環(huán)境的兩個相鄰?fù)悅鞲衅鞴?jié)點同時對一個事件作出反應(yīng)，二者采集的數(shù)據(jù)性質(zhì)相同，數(shù)值相近，那么，這兩個節(jié)點的鄰居節(jié)點將收到雙份數(shù)據(jù)副本③盲目使用資源，即擴(kuò)散法不考慮各節(jié)點能量可用狀況因而無法作出相應(yīng)的自適應(yīng)路由選擇。洪泛路由（Flooding）的應(yīng)用情況：①網(wǎng)絡(luò)資源過于浪費(fèi)，實際很少直接采用②具有極好的健壯性，可用于軍事應(yīng)用③作為衡量標(biāo)準(zhǔn)評價其它路由算法第十三頁，共31頁。SPIN協(xié)議（sensorprotocolforinformationvianegotiation）SPIN是最早的以數(shù)據(jù)為中心的自適應(yīng)路由協(xié)議，通過協(xié)商機(jī)制來解決洪泛算法中的“內(nèi)爆”和“重疊”問題，節(jié)省了能量的消耗。a.為了避免出現(xiàn)擴(kuò)散法的信息爆炸問題和部分重疊現(xiàn)象，傳感器節(jié)點在傳送數(shù)據(jù)之前彼此進(jìn)行協(xié)商，協(xié)商制度可確保傳輸有用數(shù)據(jù)b.節(jié)點間通過發(fā)送元數(shù)據(jù)(即描述傳感器節(jié)點采集的數(shù)據(jù)屬性的數(shù)據(jù)，meta-data)，而不是采集的整個數(shù)據(jù)進(jìn)行協(xié)商。由于元數(shù)據(jù)大小小于采集的數(shù)據(jù)，所以，傳輸元數(shù)據(jù)消耗的能量相對較少。為避免盲目使用資源，所有傳感器節(jié)點必須監(jiān)控各自的能量變化情況。第十四頁，共31頁。c.在傳輸或接收數(shù)據(jù)之前，每個節(jié)點都必須檢查各自可用的能量狀況，如果處于低能量水平，必須中斷一些操作，比如充當(dāng)路由器的角色，停止對其他節(jié)點的一些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)操作d.SPIN有3種數(shù)據(jù)包類型，即ADV、REQ和DATA.節(jié)點用ADV宣布有數(shù)據(jù)發(fā)送，用REQ請求希望接收數(shù)據(jù)，用DATA封裝數(shù)據(jù)ADV：用于新數(shù)據(jù)廣播。當(dāng)一個節(jié)點有數(shù)據(jù)可共享時，它可用ADV數(shù)據(jù)包(包含元數(shù)據(jù))對外廣播REQ：用于請求發(fā)送數(shù)據(jù)。當(dāng)一個節(jié)點希望接收DATA數(shù)據(jù)包時，發(fā)送REQ數(shù)據(jù)包DATA：包含附上元數(shù)據(jù)頭(meta-dataheader)的傳感器采集的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)包第十五頁，共31頁。SPIN-PP采用點到點的通信模式，并假定兩節(jié)點間的通信不受其他節(jié)點的干擾，分組不會丟失，功率沒有任何限制1.在發(fā)送一個DATA數(shù)據(jù)包之前，一個傳感器節(jié)點首先對向鄰居節(jié)點廣播ADV數(shù)據(jù)包；2.如果一個鄰居節(jié)點在收到ADV后有意愿接收該DATA數(shù)據(jù)包，那么它向該節(jié)點發(fā)送一個REQ數(shù)據(jù)包，接著節(jié)點向該鄰居節(jié)點發(fā)送DATA數(shù)據(jù)包。3.類似地進(jìn)行下去，DATA數(shù)據(jù)包可被傳輸?shù)竭h(yuǎn)方匯節(jié)點或基站。第十六頁，共31頁。SPIN協(xié)議的優(yōu)點：1.小ADV消息減輕了內(nèi)爆問題;2.通過數(shù)據(jù)命名解決了交疊問題；3.節(jié)點根據(jù)自身資源和應(yīng)用信息決定是否進(jìn)行ADV通告，避免了資源利用盲目問題，有效地節(jié)約了能量。SPIN協(xié)議的不足：在傳輸新數(shù)據(jù)的過程中，直接向鄰居節(jié)點廣播ADV數(shù)據(jù)包，而沒有考慮其所有鄰居節(jié)點由于自身能量的原因，不愿承擔(dān)起轉(zhuǎn)發(fā)新數(shù)據(jù)的功能，則新數(shù)據(jù)無法傳輸，將會出現(xiàn)“數(shù)據(jù)盲點”，進(jìn)而影響整個網(wǎng)絡(luò)信息的收集第十七頁，共31頁。DD（DirectedDiffusion）定向擴(kuò)散路由協(xié)議：DirectedDiffusion是一種以數(shù)據(jù)為中心的路由協(xié)議，與已有的路由協(xié)議有著截然不同的實現(xiàn)機(jī)制，其突出特點是引入了梯度來描述網(wǎng)絡(luò)中間節(jié)點對該方向繼續(xù)搜索獲得匹配數(shù)據(jù)的可能性。第十八頁，共31頁。DD協(xié)議內(nèi)容：節(jié)點用一組<屬性，值>來命名它所生成的數(shù)據(jù)。1.建立路由時，sink節(jié)點flooding包含屬性列表、上報間隔、持續(xù)時間、地理區(qū)域等信息的查詢請求Interest（該過程本質(zhì)上是設(shè)置一個監(jiān)測任務(wù)，通過分配不同屬性值來表示不同任務(wù)的描述符）。2.每個傳感器節(jié)點在收到嗜好（Interest）后保存在各自的Cache中。每個嗜好項

(interestentry)包含一個時間標(biāo)簽域(timestampfield)和若干個梯度域(gradientfield，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)一個嗜好傳遍整個網(wǎng)絡(luò)后，從源節(jié)點(即嗜好所在區(qū)域的傳感器節(jié)點)到sink節(jié)點或基站之間的梯度就建立起來了。4.一旦源節(jié)點采集到嗜好所需的數(shù)據(jù)，那么源節(jié)點沿著該嗜好的梯度路徑傳輸數(shù)據(jù)到

sink節(jié)點或基站。其中，源節(jié)點采集的數(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。右圖描述DD路由協(xié)議的工作原理第十九頁，共31頁。在DirectedDiffusion中，可以對路徑進(jìn)行修復(fù)。在建立多條數(shù)據(jù)源到Sink節(jié)點的路徑之后，Sink節(jié)點可以選擇增強(qiáng)其中的一條路徑用于數(shù)據(jù)的傳輸，而同時保持另外一條低速數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆窂?。?dāng)高速路徑，也就是經(jīng)過增強(qiáng)的路徑出現(xiàn)故障時，Sink節(jié)點可以增強(qiáng)低速路徑，保證源節(jié)點到Sink節(jié)點的數(shù)據(jù)傳輸。雖然保持低速路徑的過程需要消耗一些能量，但是在故障時，可以節(jié)省很多能量開銷。對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。DD與SPIN的最大區(qū)別：DD采用基于需求的數(shù)據(jù)查詢機(jī)制。在DD中，由Sink節(jié)點發(fā)出數(shù)據(jù)查詢請求，而在SPIN中，節(jié)點廣播自己的數(shù)據(jù)，以允許其他節(jié)點來查詢。DD路由協(xié)議的優(yōu)點：1.采用多路徑,健壯性好;2.節(jié)點只需要和鄰居節(jié)點通信，因而不需要全局的地址機(jī)制，使用查詢驅(qū)動機(jī)制按需建立路由,避免了保存全網(wǎng)信息；3.每個節(jié)點都可以進(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點根據(jù)實際情況采取增強(qiáng)或減弱方式能有效利用能量；5.節(jié)點不需要維護(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，因此它是一個非常節(jié)能的路由協(xié)議。DD路由協(xié)議的優(yōu)點：1.基于查詢驅(qū)動模型的，不適用于環(huán)境監(jiān)測的WSN；2.Gradient的建立開銷很大,不適合多sink點網(wǎng)絡(luò)；3.數(shù)據(jù)聚合過程采用時間同步技術(shù),會帶來較大開銷和時延；4.不同的應(yīng)用中需要定義不同的命名方案，也就是<屬性，值>對，從而限制了它的應(yīng)用。第二十頁，共31頁。Rumor路由協(xié)議（謠傳路由）：RumorRouting是在DirectedDiffusion的基礎(chǔ)上演化而來的。通常情況下，DirectedDiffusion協(xié)議需要向整個網(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)點傳遞到Sink節(jié)點。在這種情況下，沒有必要向整個網(wǎng)絡(luò)廣播興趣。當(dāng)WSN中的事件（對應(yīng)著數(shù)據(jù)的傳遞）數(shù)量很少，而查詢（對應(yīng)著興趣的廣播）數(shù)量很多的時候，可以采用廣播事件的方法，以節(jié)省能量的消耗。RumorRouting是一個介于事件廣播（向整個網(wǎng)絡(luò)廣播事件）和興趣廣播（向整個網(wǎng)絡(luò)廣播興趣）之間的一種路由協(xié)議RumorRouting核心思想：1.借鑒了歐氏平面圖上任意兩條曲線交叉幾率很大的思想2.當(dāng)節(jié)點監(jiān)測到事件后將其保存，并創(chuàng)建稱為Agent的生命周期較長的包括事件和源節(jié)點信息的數(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)3.收到Agent的節(jié)點根據(jù)事件和源節(jié)點信息建立反向路徑，并將Agent再次隨機(jī)發(fā)送到相鄰節(jié)點，并可在再次發(fā)送前在Agent中增加其已知的事件信息4.sink點的查詢請求也沿著一條隨機(jī)路徑轉(zhuǎn)發(fā),當(dāng)兩路徑交叉時則路由建立5.如不交叉,sink點可flooding查詢請求第二十一頁，共31頁。

Rumor協(xié)議中Agent傳播和Agent路徑與查詢路徑的交叉在多sink點、查詢請求數(shù)目很大、網(wǎng)絡(luò)事件很少的情況下，Rumor協(xié)議較為有效.但如果事件非常多,維護(hù)事件表和收發(fā)Agent帶來的開銷會很大。第二十二頁，共31頁?；诰鄞氐穆酚蓞f(xié)議LEACH（Low-EnergyAdaptiveClusteringHierarchy）路由協(xié)議：LEACH是一種基于聚類(Clustering)路由協(xié)議，在WSN路由協(xié)議占有重要地位，其他基于聚類的路由協(xié)議如TEEN、APTEEN、PEGASIS等大都由LEACH發(fā)展而來LEACH路由協(xié)議的核心思想：1.LEACH協(xié)議分為兩個階段操作，即類準(zhǔn)備階段(set-upphase)和就緒階段(readyphase)。為了使能耗最小化，就緒階段持續(xù)的時間比類準(zhǔn)備階段長。類準(zhǔn)備階段和就緒階段所持續(xù)的時間總和稱為一輪(round)2.在類準(zhǔn)備階段，LEACH協(xié)議隨機(jī)選擇一個傳感器節(jié)點作為類頭節(jié)點(clusterheadnode)，隨機(jī)性確保類頭與基站之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)母吣芎某杀揪鶆虻胤謹(jǐn)偟剿袀鞲衅鞴?jié)點。3.具體的選擇辦法是：一個傳感器節(jié)點隨機(jī)選擇

0和1之間的一個值，如果選定的值小于某一個閾值T(n)，那么這個節(jié)點成為類頭節(jié)點。

T(n)值按右邊公式計算：N：網(wǎng)絡(luò)中傳感器節(jié)點的總數(shù)；p：一輪中網(wǎng)絡(luò)的類頭節(jié)點數(shù)；r：己完成的輪數(shù)；Gr：在剩余的N/k-r個回合中未成為類頭節(jié)點的傳感器節(jié)點組成的集合；第二十三頁，共31頁。4.在類頭節(jié)點選定后，該類頭節(jié)點對網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點進(jìn)行廣播，廣播數(shù)據(jù)包含有該節(jié)點成為類頭節(jié)點的信息。一旦傳感器節(jié)點收到廣播數(shù)據(jù)包，根據(jù)接收到的各個類頭節(jié)點廣播信號強(qiáng)度，該節(jié)點選擇信號強(qiáng)度最大的類頭節(jié)點加入，向其發(fā)送成為其成員的數(shù)據(jù)包。類形成后，類頭節(jié)點采用TDMA策略分配通道使用權(quán)給類內(nèi)節(jié)點。5.一旦處于就緒階段，類頭節(jié)點開始接收類內(nèi)各節(jié)點采集的數(shù)據(jù)，然后采用數(shù)據(jù)融合和數(shù)據(jù)壓縮等技術(shù)進(jìn)行匯聚，將整合后的數(shù)據(jù)傳輸給Sink節(jié)點。在就緒階段持續(xù)了一段時間后，網(wǎng)絡(luò)又進(jìn)入了另一次的類準(zhǔn)備階段。LEACH路由協(xié)議模型第二十四頁，共31頁。LEACH協(xié)議的優(yōu)點：隨機(jī)選擇簇頭，平均分擔(dān)路由業(yè)務(wù)，減小了能耗LEACH協(xié)議的不足：①不適合大范圍的應(yīng)用；②集群分組方式帶來了額外開銷以及覆蓋問題③僅適用于每個節(jié)點在單位時間內(nèi)需要發(fā)送的數(shù)據(jù)量基本相同的情況，而不適合突發(fā)數(shù)據(jù)通信。PEGASIS（power-efficientgatheringinsensorinformationsystem）協(xié)議PEGASIS由LEACH發(fā)展而來，它是LEACH協(xié)議的一種改進(jìn)版本，仍然采用動態(tài)選舉簇頭的思想,但為避免頻繁選舉簇頭的通信開銷,采用無通信量的簇頭選舉方法,且網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點只形成一個簇,稱為鏈.該協(xié)議要求每個節(jié)點都知道網(wǎng)絡(luò)中其他節(jié)點的位置,通過貪心算法選擇最近的鄰節(jié)點形成鏈.動態(tài)選舉簇頭的方法:設(shè)網(wǎng)絡(luò)中N個節(jié)點都用1~N的自然數(shù)編號,第j輪選取的簇頭是第i個節(jié)點,i=jmodN(i為0時,取N).簇頭與sink點一跳通信,利用令牌控制鏈兩端數(shù)據(jù)沿鏈傳送到簇頭本身,在傳送過程中可聚合數(shù)據(jù).當(dāng)鏈兩端數(shù)據(jù)都傳送完成時,開始新一輪選舉與傳輸。第二十五頁，共31頁。PEGASIS的基本原理：PEGAGIS假定組成網(wǎng)絡(luò)的傳感器節(jié)點是同構(gòu)和靜止的。節(jié)點發(fā)送能量遞減的測試信號，通過檢測應(yīng)答來確定離自己最近的相鄰節(jié)點。通過這種方式，網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點能夠了解彼此的位置關(guān)系，進(jìn)而每個節(jié)點依據(jù)自己的位置選擇所屬的聚類，聚類的簇頭參照位置關(guān)系優(yōu)化計算出到sink節(jié)點的最佳鏈路。右圖為PEGAGIS中的聚類由于節(jié)點了解彼此的位置信息，因而可以形成到簇頭節(jié)點的最佳鏈路。圖中，節(jié)點N1到N5都采集到相關(guān)的數(shù)據(jù)需要發(fā)送給簇頭節(jié)點，節(jié)點N1可以將數(shù)據(jù)發(fā)送給N2，N2收到后將其與本身采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合操作，然后發(fā)送給N5，同樣的N3將數(shù)據(jù)發(fā)送給N4，N4融合后將數(shù)據(jù)發(fā)送給N5，N5收到N2和N4的數(shù)據(jù)后，和自己的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，然后發(fā)送給簇頭，簇頭然后將數(shù)據(jù)發(fā)送給Sink節(jié)點。第二十六頁，共31頁。PEGASIS的優(yōu)點：不需要周期性地動態(tài)選擇簇頭節(jié)點，采用最佳鏈路進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，并且采用數(shù)據(jù)融合技術(shù)減少了數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，因此，整個網(wǎng)絡(luò)的功耗比LEACH要小很多。研究結(jié)果表明，PEGASIS支持的傳感器網(wǎng)絡(luò)的生命周期是LEACH的近兩倍。PEGASIS的不足：1.節(jié)點維護(hù)位置信息（相當(dāng)于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中的拓?fù)湫畔ⅲ┬枰~外的資源；2.固定不變的簇頭使得簇頭成為關(guān)鍵點，其失效會導(dǎo)致路