WSN傳輸協(xié)議分析

陳昊

摘 要：可靠傳輸協(xié)議是WSN數(shù)據(jù)采集質(zhì)量的重要保障。本文說(shuō)明了數(shù)據(jù)可靠傳輸?shù)闹匾裕煌瑧?yīng)用對(duì)可靠性需求存在差異，著重分析了幾個(gè)典型協(xié)議的特點(diǎn)以及它們的適用場(chǎng)景，提出設(shè)計(jì)兼顧可靠傳輸和能耗協(xié)議的意義。

關(guān)鍵詞：無(wú)線傳感網(wǎng)；可靠傳輸；能耗

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0.引言

可靠傳輸協(xié)議是無(wú)線傳感網(wǎng)數(shù)據(jù)采集質(zhì)量的重要保障。由于傳感器節(jié)點(diǎn)能量、存儲(chǔ)、計(jì)算等方面的資源極其受限，因此有線網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議不適合無(wú)線傳感網(wǎng)。不同應(yīng)用背景會(huì)對(duì)可靠性需求存在一定差異，基于事件的應(yīng)用要求感知節(jié)點(diǎn)及時(shí)、可靠地將數(shù)據(jù)傳遞給匯聚節(jié)點(diǎn)，而基于周期性采集數(shù)據(jù)的應(yīng)用更多的關(guān)注可靠性。此外，傳感網(wǎng)中上行數(shù)據(jù)與下行數(shù)據(jù)對(duì)可靠性要求不同，匯聚節(jié)點(diǎn)向感知節(jié)點(diǎn)方向的下行數(shù)據(jù)要求可靠準(zhǔn)確地傳輸，而相關(guān)區(qū)域的感知數(shù)據(jù)具有耦合性，容忍一定程度的丟失。

1.研究現(xiàn)狀

無(wú)線傳感網(wǎng)的質(zhì)量保障機(jī)制的研究已得到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注，其中可靠傳輸協(xié)議是質(zhì)量保障機(jī)制研究的重要內(nèi)容。

PSFQ協(xié)議是一種針對(duì)下行通信的數(shù)據(jù)可靠傳輸協(xié)議。與關(guān)注上行通信的傳輸層協(xié)議不同，反向路徑一般被用于匯聚節(jié)點(diǎn)向感知節(jié)點(diǎn)傳輸控制信息或發(fā)送命令，因此，在PSFQ協(xié)議中，要求確保下行數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。PSFQ協(xié)議目標(biāo)是在從匯聚節(jié)點(diǎn)到傳感器節(jié)點(diǎn)方向保證數(shù)據(jù)的可靠性，同時(shí)，數(shù)據(jù)包的傳輸按序進(jìn)行。其基本思想是在逐跳傳輸時(shí)，節(jié)點(diǎn)以較慢的速率發(fā)送數(shù)據(jù)包，中間節(jié)點(diǎn)緩存并轉(zhuǎn)發(fā)至鄰居節(jié)點(diǎn)，鄰居節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)包丟失后，立即向上一跳節(jié)點(diǎn)請(qǐng)求重傳。如圖1所示，感知節(jié)點(diǎn)A每隔Tmin個(gè)時(shí)間將數(shù)據(jù)包廣播給相鄰節(jié)點(diǎn)，鄰節(jié)點(diǎn)B接收后，等待一個(gè)介于Tmin和Tmax之間的隨機(jī)時(shí)間將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給C節(jié)點(diǎn)。若節(jié)點(diǎn)在（Nmax-Nlast）×Tmax時(shí)間內(nèi)沒有收到數(shù)據(jù)包，就發(fā)送NACK信號(hào)請(qǐng)求第last+1數(shù)據(jù)包，其中，Nmax是數(shù)據(jù)流中最大的數(shù)據(jù)包序號(hào)，Nlast是上次接收數(shù)據(jù)包的最大序號(hào)。PSFQ協(xié)議慢分發(fā)數(shù)據(jù)的機(jī)制針對(duì)大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)會(huì)造成高延遲，同時(shí)節(jié)點(diǎn)需一直偵聽信道，能耗較大。

RMST同時(shí)在傳輸層使用NACK機(jī)制和MAC層的ARQ差錯(cuò)恢復(fù)機(jī)制保障數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量，有效的實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)包傳輸端到端的可靠性。RMST協(xié)議對(duì)定向擴(kuò)散（Directed Diffusion，DD）協(xié)議做了改進(jìn)，同時(shí)提供了可靠傳輸保障和多路復(fù)用技術(shù)，但缺少了節(jié)能機(jī)制。在RMST協(xié)議中，差錯(cuò)控制貫穿了網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)的整個(gè)過(guò)程。此外，該協(xié)議將數(shù)據(jù)流中每個(gè)數(shù)據(jù)包都分配了一個(gè)唯一的標(biāo)號(hào)，因此，即使漏掉了數(shù)據(jù)包，也能及時(shí)檢測(cè)到，通過(guò)發(fā)送NACK信號(hào)，請(qǐng)求重傳丟失數(shù)據(jù)。

ESRT是基于事件檢測(cè)的可靠傳輸協(xié)議，無(wú)需中間節(jié)點(diǎn)緩存，既避免了擁塞又保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴Ｔ搮f(xié)議的算法在匯聚節(jié)點(diǎn)運(yùn)行，對(duì)傳感器節(jié)點(diǎn)只要求具有很少的功能，協(xié)議的主要目標(biāo)是配置網(wǎng)絡(luò)使其盡可能地接近理想執(zhí)行點(diǎn)，即在最小功耗且沒有網(wǎng)絡(luò)擁塞的情況下達(dá)到所需的可靠性。通過(guò)分布式的更新機(jī)制，無(wú)論網(wǎng)絡(luò)最初狀態(tài)如何，都能使網(wǎng)絡(luò)達(dá)到理想狀態(tài)。但ESRT協(xié)議是在匯聚節(jié)點(diǎn)與所有傳感器節(jié)點(diǎn)都是一跳距離的假設(shè)前提下建立的，即匯聚節(jié)點(diǎn)發(fā)出信息則全網(wǎng)中所有感知節(jié)點(diǎn)均能接收到。雖然這個(gè)前提能夠滿足一些應(yīng)用的需求，但對(duì)于大多數(shù)規(guī)模稍大的網(wǎng)絡(luò)就不適用，從匯聚節(jié)點(diǎn)到感知節(jié)點(diǎn)需要經(jīng)過(guò)多跳路徑。因此ESRT不適合大規(guī)模的無(wú)線傳感網(wǎng)應(yīng)用。

HHRA是帶應(yīng)答的逐跳可靠傳輸協(xié)議，這個(gè)協(xié)議根據(jù)可靠性的期望值和實(shí)際的丟包率計(jì)算出一個(gè)副本值，每發(fā)送一個(gè)副本后，轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)等待來(lái)自下一跳的應(yīng)答包，轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)如果收到應(yīng)答包，則后續(xù)未發(fā)的副本將不再發(fā)送。該協(xié)議中，如果未能正確接收應(yīng)答包，轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)將不斷發(fā)送副本，并且每個(gè)中間節(jié)點(diǎn)都要向前驅(qū)節(jié)點(diǎn)發(fā)送應(yīng)答包。以上協(xié)議都存在大量冗余傳輸，導(dǎo)致多余能量的消耗。

結(jié)語(yǔ)

可靠數(shù)據(jù)傳輸不但是傳感器網(wǎng)絡(luò)中的基本問(wèn)題，還是傳感器網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的一個(gè)重要度量，上述協(xié)議均具有能耗較大的弊端，因此需要設(shè)計(jì)兼顧可靠傳輸和能耗的傳輸協(xié)議。

參考文獻(xiàn)

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