无线传感器网络课件第五章无线传感器网络-传输协议.

无线传感器网络的传输协议提纲5.1概述5.2传输协议设计目标和挑战5.3拥塞控制机制5.4可靠传输基本机制5.5一些典型传输协议WSN重要特点1.包出错率高2.物理层发送速率低功率、信道质量等因素3.缓存小4.…现象：端到端包成功传递率不高、容易出现网络拥塞、浪费节点能量主要功能和技术提供端到端可靠的数据传输服务许多应用要求可靠的端到端传输协议有些应用不要求可靠的端到端传输协议所使用的主要技术手段差错控制拥塞控制传统TCP协议特点1.TCP建立和释放链接采用握手机制2.TCP的是为链路可靠的主干网络设计，该类网络数据包的丢失主要是由于路由器缓存溢出所引起3.TCP保证每个包都能成功传输到目的节点4.所使用的反馈机制开销大无线AdHoc网络的传输协议为中小规模网络设计网络节点计算能力和存储能力较强WSN传输协议特点节能优先分为上行汇聚场景和下行传输场景以数据为中心应用相关性强…WSN传输协议分类拥塞控制协议可靠传输协议拥塞控制协议和可靠传输协议混合协议设计目标能量效率传输可靠性：数据可靠性和任务可靠性自适应性可扩展性公平性…技术挑战满足可靠传输和服务质量降低能耗、存储空间消耗多对一传输模式，汇聚节点附件拥塞和能量消耗较多不同的应用对多个性能指标有不同的偏重、在不同的性能指标上实现最佳的平衡拥塞控制基本机制拥塞是一种网络状态：当网络中传输的数据超过网络的负载能力时，网络性能随网络负载的增加而急剧下降。具体表现：1.碰撞造成的分组丢弃剧增2.节点缓冲区溢出3.排队延迟大拥塞控制是WSN服务质量保证的关键技术之一。具体方式拥塞控制｛拥塞避免拥塞消除拥塞避免机制1.速率分配对网络中各节点的传输速率进行合理的分配和严格的限制，来避免拥塞的产生。由于网络拓扑的不均衡和动态性、服务质量要求等，很难实现全网最优的分布式速率分配。相关研究还较少。拥塞避免机制2.传输控制节点根据一些网络参数（如节点缓存状态）决定是否转发数据和确定转发速率，以避免拥塞的发生。拥塞消除机制1.拥塞检测(1)基于缓冲区占用率的检测(2)基于信道采样的检测(3)基于包到达时间间隔和包服务时间(4)基于丢包率的检测…多种方法联合使用拥塞消除机制2.拥塞通知当某节点检测到拥塞后，需要通知相关节点。显示通知：发送控制包隐式通知：数据包捎带拥塞消除机制2.拥塞通知端到端通知：由汇聚节点负责反馈拥塞信息逐跳通知：由中间节点负责拥塞消除机制3.拥塞缓解（1）速率控制调节源节点数据产生速率或中间节点转发速率。最常用、最直接的方法。（2）流量调度通过绕路、分流或重定向等方式来减小拥塞区域的数据流。（3）数据处理节点通过对数据进行丢弃、压缩或融合来减少数据量。WSN可靠传输基本机制1.丢包检测与反馈ACK方式：不适用数据包较小或信道质量良好的情况NACK方式：明确要求重发丢失的数据包IACK方式：监听接收节点的数据传输2.重传恢复端到端重传、逐跳重传主要问题是：如何设置最大重传次数丢包恢复机制5.4.2冗余传输机制1.多次发送同一个数据包的备份2.多路径方式总的来说，冗余传输机制消耗的网络资源较多。5.4.3速率控制机制适用于基于任务的可靠传输。在保证完成任务的前提下，尽量降低源节点的数据速率，避免和缓解拥塞。具体方法：汇聚节点根据一个周期内成功接收数据包的数量计算传输可靠度。如果可靠度低于预定要求，则通知源节点提高发送速率；否则，减小发送速率。无线传感器网络传输层协议分类拥塞控制协议基于速率分配的拥塞避免1、CCF协议基于多对一树状传输结构自上而下分配速率的拥塞避免协议。CCF协议确保所有子节点的发送速率总和不超过其父节点的发送速率，从而可以避免父节点的缓存溢出。2、Flush协议适用于直线拓扑的拥塞避免协议。协议中，每个节点只有在不干扰其他节点间通信、同时也不受其他节点干扰的情况下才允许发送数据，从而确保成功；同时一个节点的发送速率其向前节点上路径的发送速率。基于传输控制的拥塞避免协议1、CALB协议基于轻量级节点缓存状态管理的拥塞避免协议。节点发送数据时将自己剩余缓存空间信息捎带在数据包头中。节点通过监听相邻节点的数据包获得其剩余空间信息。2、CRA协议结合多路径路由的拥塞避免协议。CRA协议定义每个节点的下游节点与其上游节点数的比值为该节点的特征比率CR。可靠传输协议基于数据块的可靠传输协议PSFQ（PumpSlowly,FetchQuickly）为无线传感器网络的重编程或重新指定任务提供了可靠传输，并提供了到接收端延迟保证。源节点低速向网络注入数据包以避免网络拥塞，接收节点有足够的时间来检测这些数据包是否丢失，假如发生丢失就请求重传。当节点收到的包序号不等于上一个包序号加1，那么就认为有包丢失。这个节点在收到正确的包之前停止继续发送包。PSFQ协议主要由Pump、Fetch、Report三种操作构成。Pump：汇聚节点给数据块中的数据段分配序列号，并采用Mac层广播的方式依次发送各数据段的操作。Fetch：节点发现某数据段丢失后暂停数据转发，存储该数据段并向上游节点发送Nack包请求重传丢失的数据段，待收到所有丢失数据段后再按顺序转发。Report：汇聚节点要求距离较远的节点逐跳汇报自己的地址和收包情况，节点的距离可根据收到的数据包中的TTL值来判断。传输层----从汇聚节点到传感节点的传输基于数据流的可靠传输协议1、ESRT协议主要针对以数据为中心的应用，通过自动配置网络来实现可靠数据传输。ESRT协议要求汇聚节点根据一个周期内成功接收到的数据包流量计算可靠度，通过调整源节点发送速率来调节网络状态。