WSN传输协议分析

陈昊

摘 要：可靠传输协议是WSN数据采集质量的重要保障。本文说明了数据可靠传输的重要性，不同应用对可靠性需求存在差异，着重分析了几个典型协议的特点以及它们的适用场景，提出设计兼顾可靠传输和能耗协议的意义。

关键词：无线传感网；可靠传输；能耗

中图分类号：TP393 文献标识码：A

0.引言

可靠传输协议是无线传感网数据采集质量的重要保障。由于传感器节点能量、存储、计算等方面的资源极其受限，因此有线网络的数据传输协议不适合无线传感网。不同应用背景会对可靠性需求存在一定差异，基于事件的应用要求感知节点及时、可靠地将数据传递给汇聚节点，而基于周期性采集数据的应用更多的关注可靠性。此外，传感网中上行数据与下行数据对可靠性要求不同，汇聚节点向感知节点方向的下行数据要求可靠准确地传输，而相关区域的感知数据具有耦合性，容忍一定程度的丢失。

1.研究现状

无线传感网的质量保障机制的研究已得到国内外学者的关注，其中可靠传输协议是质量保障机制研究的重要内容。

PSFQ协议是一种针对下行通信的数据可靠传输协议。与关注上行通信的传输层协议不同，反向路径一般被用于汇聚节点向感知节点传输控制信息或发送命令，因此，在PSFQ协议中，要求确保下行数据传输的可靠性。PSFQ协议目标是在从汇聚节点到传感器节点方向保证数据的可靠性，同时，数据包的传输按序进行。其基本思想是在逐跳传输时，节点以较慢的速率发送数据包，中间节点缓存并转发至邻居节点，邻居节点发现数据包丢失后，立即向上一跳节点请求重传。如图1所示，感知节点A每隔Tmin个时间将数据包广播给相邻节点，邻节点B接收后，等待一个介于Tmin和Tmax之间的随机时间将数据转发给C节点。若节点在（Nmax-Nlast）×Tmax时间内没有收到数据包，就发送NACK信号请求第last+1数据包，其中，Nmax是数据流中最大的数据包序号，Nlast是上次接收数据包的最大序号。PSFQ协议慢分发数据的机制针对大规模网络会造成高延迟，同时节点需一直侦听信道，能耗较大。

RMST同时在传输层使用NACK机制和MAC层的ARQ差错恢复机制保障数据传输质量，有效的实现了数据包传输端到端的可靠性。RMST协议对定向扩散（Directed Diffusion，DD）协议做了改进，同时提供了可靠传输保障和多路复用技术，但缺少了节能机制。在RMST协议中，差错控制贯穿了网络活动的整个过程。此外，该协议将数据流中每个数据包都分配了一个唯一的标号，因此，即使漏掉了数据包，也能及时检测到，通过发送NACK信号，请求重传丢失数据。

ESRT是基于事件检测的可靠传输协议，无需中间节点缓存，既避免了拥塞又保证了数据传输的可靠性。该协议的算法在汇聚节点运行，对传感器节点只要求具有很少的功能，协议的主要目标是配置网络使其尽可能地接近理想执行点，即在最小功耗且没有网络拥塞的情况下达到所需的可靠性。通过分布式的更新机制，无论网络最初状态如何，都能使网络达到理想状态。但ESRT协议是在汇聚节点与所有传感器节点都是一跳距离的假设前提下建立的，即汇聚节点发出信息则全网中所有感知节点均能接收到。虽然这个前提能够满足一些应用的需求，但对于大多数规模稍大的网络就不适用，从汇聚节点到感知节点需要经过多跳路径。因此ESRT不适合大规模的无线传感网应用。

HHRA是带应答的逐跳可靠传输协议，这个协议根据可靠性的期望值和实际的丢包率计算出一个副本值，每发送一个副本后，转发节点等待来自下一跳的应答包，转发节点如果收到应答包，则后续未发的副本将不再发送。该协议中，如果未能正确接收应答包，转发节点将不断发送副本，并且每个中间节点都要向前驱节点发送应答包。以上协议都存在大量冗余传输，导致多余能量的消耗。

结语

可靠数据传输不但是传感器网络中的基本问题，还是传感器网络服务质量的一个重要度量，上述协议均具有能耗较大的弊端，因此需要设计兼顾可靠传输和能耗的传输协议。

参考文献

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