第5章-無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的傳輸協(xié)議-鄭軍

1、第5章 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的傳輸協(xié)議,運(yùn)行在傳輸層的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，主要作用是利用下層提供的服務(wù)向上層提供端到端的可靠、透明的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。因此，傳輸協(xié)議需要支持擁塞控制和差錯(cuò)控制等功能，以提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院途W(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量。同時(shí)傳輸協(xié)議的設(shè)計(jì)必須考慮網(wǎng)絡(luò)的能量效率，以延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的生存事件。 許多WSN應(yīng)用要求傳感器網(wǎng)絡(luò)必須具備可靠地端到端的數(shù)據(jù)傳輸功能，雖然高效的MAC協(xié)議和路由協(xié)議能夠在一定程度上緩解網(wǎng)絡(luò)擁塞的發(fā)生，但仍不夠，為

2、了提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院途W(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量，需要采用有效的傳輸協(xié)議來(lái)進(jìn)一步避免或減輕網(wǎng)絡(luò)中的擁塞現(xiàn)象。,傳輸層是是最靠近用戶(hù)數(shù)據(jù)的一層，主要負(fù)責(zé)在源和目標(biāo)之間提供可靠的、性?xún)r(jià)比合理的數(shù)據(jù)傳輸功能。為了實(shí)現(xiàn)傳輸層對(duì)上層透明，可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，傳輸層主要研究端到端的流量控制和擁塞的避免，保證數(shù)據(jù)能夠有效無(wú)差錯(cuò)地傳輸?shù)侥康墓?jié)點(diǎn)。傳統(tǒng)的IP主要采用TCP協(xié)議（傳輸控制協(xié)議），也有的使用UDP協(xié)議(用戶(hù)數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議) ，其中UDP采用的是無(wú)連接的傳

3、輸，雖然能夠保證網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性，時(shí)延非常小，但其數(shù)據(jù)丟包率較高，不能保證數(shù)據(jù)可靠傳輸，不適用于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)。 TCP協(xié)議提供的是端到端的可靠數(shù)據(jù)傳輸，采用重傳機(jī)制來(lái)確保數(shù)據(jù)被無(wú)誤地傳輸?shù)侥康墓?jié)點(diǎn)。,5.1無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)傳輸層協(xié)議概述,由于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)自身的特點(diǎn)，TCP協(xié)議不能直接用于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，原因如下：TCP協(xié)議提供的是端到端的可靠信息傳輸，而WSN中存在大量的冗余信息，要求節(jié)點(diǎn)能夠?qū)邮盏降臄?shù)據(jù)包進(jìn)行簡(jiǎn)單的處理。TCP協(xié)議

4、采用的三次握手機(jī)制，而且WSN中節(jié)點(diǎn)的動(dòng)態(tài)性強(qiáng)，TCP沒(méi)有相對(duì)應(yīng)的處理機(jī)制。TCP協(xié)議的可靠性要求很高，而WSN中只要求目的節(jié)點(diǎn)接收到源節(jié)點(diǎn)發(fā)送的事件，可以有一定的數(shù)據(jù)包丟失或者刪除。TCP協(xié)議中采用的ACK反饋機(jī)制，這個(gè)過(guò)程中需要經(jīng)歷所有的中間節(jié)點(diǎn)，時(shí)延非常高且能量消耗也特別大；而WSN中對(duì)時(shí)延的要求比較高，能量也非常有限。對(duì)于擁塞控制的WSN協(xié)議來(lái)說(shuō)，有時(shí)非擁塞丟包是比較正常的，但是在TCP協(xié)議中，非擁塞的丟包會(huì)引起源端進(jìn)入擁

5、塞控制階段，從而降低網(wǎng)絡(luò)的性能。最后一點(diǎn)也最重要，在TCP協(xié)議中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都被要求有一個(gè)獨(dú)一無(wú)二的IP地址，而在大規(guī)模的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中基本上不可能實(shí)現(xiàn)的，也是沒(méi)有必要的。,5.1.1 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議的特點(diǎn),無(wú)線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)是與無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)最類(lèi)似的一類(lèi)網(wǎng)絡(luò)，其傳輸協(xié)議也不能直接用于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，原因如下：無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較大，一般大規(guī)模部署節(jié)點(diǎn)，其節(jié)點(diǎn)數(shù)可能達(dá)到無(wú)線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的幾十倍甚至幾千倍。傳感器節(jié)點(diǎn)

6、的計(jì)算能力和能量存儲(chǔ)有限，遠(yuǎn)小于無(wú)線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。無(wú)線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的任務(wù)是保證移動(dòng)借點(diǎn)之間的互聯(lián)，允許用戶(hù)動(dòng)態(tài)的移動(dòng)、加入或離開(kāi)，較多使用對(duì)等通信方式（P-to-P）；而無(wú)線傳感網(wǎng)則以數(shù)據(jù)為中心，以感知數(shù)據(jù)及監(jiān)測(cè)為主要任務(wù)，主要采用多對(duì)一的傳輸模式。,2.無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議的特點(diǎn),（1）節(jié)能優(yōu)先（2）多對(duì)一傳輸模式 上行匯聚傳輸：擁塞控制和差錯(cuò)控制，實(shí)現(xiàn)可靠傳輸 下行傳輸：保

7、證指令或查詢(xún)消息能可靠傳達(dá)（3）以數(shù)據(jù)為中心（4）應(yīng)用相關(guān)性強(qiáng),5.1.2 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議的分類(lèi),根據(jù)功能劃分為擁塞控制協(xié)議、可靠傳輸協(xié)議、擁塞控制和可靠傳輸混合協(xié)議三類(lèi)。,1）擁塞控制協(xié)議 用于防止網(wǎng)絡(luò)擁塞的產(chǎn)生，或緩解和消除網(wǎng)絡(luò)中已經(jīng)發(fā)生的擁塞現(xiàn)象，根據(jù)控制機(jī)制可分為：面向擁塞避免的協(xié)議 通過(guò)速率分配或傳輸控制等方法來(lái)避免在局部或全網(wǎng)范圍內(nèi)出現(xiàn)數(shù)據(jù)流量超過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸能力而造成擁塞的局面。面向

8、擁塞消除的協(xié)議 在網(wǎng)絡(luò)發(fā)生擁塞后通過(guò)采用速率控制、丟包等方法來(lái)緩解擁塞，并進(jìn)一步消除擁塞,2）可靠傳輸協(xié)議 用于保證傳感器數(shù)據(jù)能夠有序、無(wú)丟失、無(wú)差錯(cuò)地傳輸?shù)絽R聚節(jié)點(diǎn)，向用戶(hù)提供可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。根據(jù)傳輸數(shù)據(jù)單位，可分為：基于數(shù)據(jù)包的可靠傳輸 保證單個(gè)數(shù)據(jù)包傳輸?shù)目煽啃曰跀?shù)據(jù)塊的可靠傳輸 用于網(wǎng)絡(luò)指令分發(fā)等需要大量數(shù)據(jù)的場(chǎng)合基于數(shù)據(jù)流的可靠傳輸

9、 周期性數(shù)據(jù)采用匯報(bào)適用于數(shù)據(jù)流的可靠傳輸,還可以分為基于數(shù)據(jù)的可靠傳輸和基于任務(wù)的可靠傳輸（WSN特用的）,5.2無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議設(shè)計(jì),1.設(shè)計(jì)目標(biāo)能量效率、傳輸可靠性（數(shù)據(jù)，任務(wù)）、可擴(kuò)展性、自適應(yīng)性、服務(wù)質(zhì)量、公平性,2.技術(shù)挑戰(zhàn)如何再滿(mǎn)足可靠傳輸和服務(wù)質(zhì)量的情況下盡量降低能耗、減少使用的存儲(chǔ)空間是一個(gè)技術(shù)挑戰(zhàn)解決局部或全網(wǎng)擁塞控制和能量消耗不均在不同的性能要求中實(shí)現(xiàn)最佳的平衡是一個(gè)技術(shù)難點(diǎn),5.3無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)

10、的擁塞控制基本機(jī)制,擁塞控制的目標(biāo)是避免擁塞或及時(shí)檢測(cè)并緩解網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)的擁塞現(xiàn)象，擁塞控制的設(shè)計(jì)需要考慮以下幾方面：能量有效性 擁塞控制的開(kāi)銷(xiāo)盡量小，以節(jié)省能耗，同時(shí)避免因控制開(kāi)銷(xiāo)加劇擁塞的程度實(shí)時(shí)性 能夠及時(shí)地檢測(cè)到網(wǎng)絡(luò)的擁塞狀況，并且能夠在網(wǎng)路發(fā)生用賽后短時(shí)間內(nèi)緩解擁塞，避免擁塞進(jìn)一步加劇公平性 保證所有需要發(fā)送的節(jié)點(diǎn)都有機(jī)會(huì)發(fā)送數(shù)據(jù)，保證傳輸?shù)墓叫悦嫦驊?yīng)用 擁塞控制可以采用

11、丟棄過(guò)時(shí)數(shù)據(jù)包或調(diào)整數(shù)據(jù)源匯報(bào)速率的方法實(shí)現(xiàn)，這些方法的引入會(huì)一定程度上影響到感知任務(wù)的質(zhì)量，擁塞控制的設(shè)計(jì)應(yīng)滿(mǎn)足應(yīng)用基本要求為前提 擁塞控制可分為擁塞避免和擁塞消除兩種機(jī)制,5.3.1擁塞避免機(jī)制,通過(guò)速率分配和傳輸控制等方法來(lái)避免在局部或全網(wǎng)范圍內(nèi)出現(xiàn)擁塞。,1.速率分配 對(duì)網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)的傳輸率進(jìn)行合理的分配和嚴(yán)格的限制來(lái)避免擁塞的產(chǎn)生。要求網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)能夠很好地協(xié)調(diào)與合作。

12、 理想狀況下，合理控制各個(gè)節(jié)點(diǎn)的傳輸速率能夠有效地避免擁塞和丟包，提高網(wǎng)絡(luò)的吞吐量、傳輸可靠性和其他服務(wù)質(zhì)量指標(biāo)。但是，考慮到網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)?、?shù)據(jù)準(zhǔn)確性、服務(wù)質(zhì)量要求以及無(wú)線信道的共享特性等因素，很難實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)最優(yōu)的分布式速率分配。,2.傳輸控制 節(jié)點(diǎn)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)（節(jié)點(diǎn)緩存狀態(tài)、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞龋Q定是否轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)或確定轉(zhuǎn)發(fā)速率，以避免擁塞的發(fā)生。 基于緩存狀態(tài)的傳輸控制主要解決如何避免網(wǎng)絡(luò)擁塞時(shí)的緩存溢出問(wèn)題，采用該控制

13、機(jī)制，發(fā)送節(jié)點(diǎn)僅在接受節(jié)點(diǎn)的緩存由足夠的剩余接收空間時(shí)才向其發(fā)送數(shù)據(jù)，避免了接收節(jié)點(diǎn)因緩存溢出而造成的丟包。合理設(shè)置剩余空間的門(mén)限值是這種機(jī)制需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題。,5.3.2 擁塞消除機(jī)制,由于網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)性和應(yīng)用的多樣性等原因，完全避免擁塞時(shí)不現(xiàn)實(shí)的，傳輸協(xié)議需要解決的問(wèn)題是在擁塞發(fā)生后消除擁塞。擁塞消除由擁塞檢測(cè)、擁塞通知和擁塞緩解3個(gè)功能構(gòu)成,1.擁塞檢測(cè)（1）基于緩沖區(qū)占用率的檢測(cè) 傳感器節(jié)點(diǎn)檢測(cè)自己緩沖區(qū)的占用情

14、況，當(dāng)數(shù)據(jù)包接收速率大于發(fā)送速率，緩沖區(qū)堆積到一定程度且超過(guò)某一限值時(shí)，預(yù)測(cè)擁塞即將發(fā)生。 不準(zhǔn)確：當(dāng)數(shù)據(jù)包重傳達(dá)到最大次數(shù)后，節(jié)點(diǎn)將丟失該數(shù)據(jù)包，此時(shí)緩沖區(qū)占用率可能下降，而信道擁塞狀況未緩解,（2）基于信道采樣的檢測(cè) 傳感器節(jié)點(diǎn)周期性地進(jìn)行信道采樣，以監(jiān)測(cè)信道占用程度，評(píng)估信道負(fù)載狀況。若信道長(zhǎng)時(shí)間處于繁忙狀態(tài)，任務(wù)發(fā)生擁塞。 這種方法會(huì)消耗額外的能量進(jìn)行信道檢測(cè)，需要解決如何在盡可能減少開(kāi)

15、銷(xiāo)的情況下準(zhǔn)確檢測(cè)擁塞是否發(fā)生,（3）基于包間隔和包服務(wù)時(shí)間的檢測(cè) 傳感器節(jié)點(diǎn)可以根據(jù)從相鄰節(jié)點(diǎn)收到的數(shù)據(jù)包到達(dá)的時(shí)間間隔以及數(shù)據(jù)包從到達(dá)緩存區(qū)到被發(fā)送出去的服務(wù)時(shí)間來(lái)判斷是否發(fā)生擁塞。若到達(dá)時(shí)間間隔或服務(wù)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)則認(rèn)為發(fā)生擁塞,（4）基于丟包率的檢測(cè) 傳感器節(jié)點(diǎn)可以根據(jù)丟包的次數(shù)或頻度判斷網(wǎng)絡(luò)是否發(fā)生擁塞。檢測(cè)功能只在數(shù)據(jù)包被緩存或丟棄時(shí)觸發(fā)。？擁塞并非丟包的唯一原因。,（5）基于負(fù)載強(qiáng)度的檢測(cè)（綜合性好）

16、 負(fù)載強(qiáng)度是綜合考慮節(jié)點(diǎn)的流量負(fù)載情況、信道競(jìng)爭(zhēng)狀況以及所有相鄰節(jié)點(diǎn)的本地流量信息計(jì)算出的一個(gè)綜合性的度量值。當(dāng)負(fù)載強(qiáng)度超過(guò)一定門(mén)限時(shí)，則認(rèn)為發(fā)生擁塞。,（3）基于數(shù)據(jù)逼真度的檢測(cè) 通常由匯聚節(jié)點(diǎn)執(zhí)行檢測(cè)，通過(guò)檢查收集到的感知數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度來(lái)判斷是否擁塞,2.擁塞通知 當(dāng)傳感器節(jié)點(diǎn)檢測(cè)到擁塞后，需將擁塞狀態(tài)通知給相關(guān)節(jié)點(diǎn)。可分為（1）顯式通知 直接以控制包的形式通知擁塞信息（

17、2）隱式通知 用數(shù)據(jù)包捎帶擁塞信息，并由相關(guān)節(jié)點(diǎn)偵聽(tīng)信道獲得。,3.擁塞緩解 擁塞緩解是擁塞消除的重要部分，其性能對(duì)擁塞消除的效果有很大影響。可以分為以下幾種機(jī)制：,（1）速率控制 通過(guò)調(diào)節(jié)源節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)產(chǎn)生速率或中間節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)速率來(lái)緩解擁塞。源節(jié)點(diǎn)速率控制：由目的節(jié)點(diǎn)根據(jù)接收數(shù)據(jù)的情況反饋給所有源節(jié)點(diǎn)控制信息，來(lái)指示這些源節(jié)點(diǎn)如何調(diào)節(jié)發(fā)送速率轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)速率控制：逐跳調(diào)整，節(jié)點(diǎn)根據(jù)相鄰節(jié)點(diǎn)的擁塞

18、通知調(diào)整轉(zhuǎn)發(fā)速率,注：網(wǎng)絡(luò)發(fā)生擁塞時(shí)，速率控制是最常用的擁塞緩解機(jī)制，大部分傳輸協(xié)議都會(huì)采用速率控制機(jī)制,（2）流量調(diào)度 通過(guò)繞路、分流或則重定向等方式來(lái)減少擁塞區(qū)域的數(shù)據(jù)流，以緩解擁塞。通?？膳c多路徑路由協(xié)議相結(jié)合，路由協(xié)議可預(yù)先確定備用路徑或是在擁塞發(fā)生后快速生成備用路徑。 網(wǎng)絡(luò)正常工作狀態(tài)，節(jié)點(diǎn)按照主路徑路由數(shù)據(jù)。當(dāng)擁塞發(fā)生后，節(jié)點(diǎn)可快速啟用備用路徑，緩解主路徑上的擁塞。,（3）數(shù)據(jù)處理

19、 傳感器節(jié)點(diǎn)通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行丟棄、壓縮或融合來(lái)減少數(shù)據(jù)量。 由于WSN中存在大量冗余和相關(guān)性，只要傳送到匯聚節(jié)點(diǎn)的信息滿(mǎn)足應(yīng)用要求，節(jié)點(diǎn)即可以丟棄冗余數(shù)據(jù)。該方式是WSN中特有的擁塞控制方式,5.4 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的可靠傳輸基本機(jī)制,可靠傳輸?shù)闹饕饔檬墙鉀Q傳輸過(guò)程中的數(shù)據(jù)包丟失問(wèn)題，保證目的節(jié)點(diǎn)能夠獲得完整有效的數(shù)據(jù)信息或能夠準(zhǔn)確地還原出原始事件狀態(tài)從而完成感知任務(wù)。為避免或減少丟包造成的影響，傳輸協(xié)議可以采用丟包恢復(fù)、冗

20、余傳輸和速率控制等基本機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)可靠傳輸。,5.4.1 丟包恢復(fù)機(jī)制,在發(fā)生丟包的情況下，丟包恢復(fù)機(jī)制銅鼓重傳數(shù)據(jù)包來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可靠傳輸。由丟包檢測(cè)和反饋與重傳恢復(fù)等功能組成。1.丟包檢測(cè)和反饋端到端檢測(cè)反饋：由目的節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)檢測(cè)丟包并返回應(yīng)答逐跳檢測(cè)反饋：由中間節(jié)點(diǎn)逐跳檢測(cè)并返回應(yīng)答 丟包檢測(cè)最常用的方法是通過(guò)應(yīng)答方式檢測(cè)，即接受節(jié)點(diǎn)根據(jù)收包情況返回應(yīng)答，發(fā)送節(jié)點(diǎn)根據(jù)應(yīng)答判斷是否需要重傳。,應(yīng)答方式包括：（1）ACK

21、方式 接收節(jié)點(diǎn)每接受到一個(gè)數(shù)據(jù)包后返回一個(gè)ACK控制包，發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)后維護(hù)一個(gè)定時(shí)器，在定時(shí)器超時(shí)前收到接收節(jié)點(diǎn)的ACK則確認(rèn)該數(shù)據(jù)包成功傳輸，清除該包的緩存和定時(shí)；否則進(jìn)行超時(shí)重傳。 對(duì)于每個(gè)數(shù)據(jù)包，接收節(jié)點(diǎn)都需要反饋一個(gè)ACK,負(fù)載較大，不適合數(shù)據(jù)量較小或信道質(zhì)量良好的情況。（2）NACK方式 源節(jié)點(diǎn)在發(fā)送的數(shù)據(jù)包中添加序列號(hào)，緩存發(fā)送的數(shù)據(jù)包。目的節(jié)點(diǎn)通過(guò)檢測(cè)數(shù)據(jù)包序號(hào)的連續(xù)性判斷收

22、包情況。若目的節(jié)點(diǎn)正確收到數(shù)據(jù)包，則不反饋任何確認(rèn)信息，若檢測(cè)到數(shù)據(jù)包丟失，則向源節(jié)點(diǎn)返回NACK包，并明確要求重發(fā)丟失的數(shù)據(jù)包。 NACK只針對(duì)少量丟失的數(shù)據(jù)包反饋，相比ACK方式減少了負(fù)載和能量消耗。缺點(diǎn)是源節(jié)點(diǎn)必須緩存所有發(fā)送數(shù)據(jù)，且目的節(jié)點(diǎn)必須知道首包和末包的序列號(hào)。若只有單個(gè)數(shù)據(jù)包傳輸或是首末包丟失，NACK不能保證可靠傳輸。,（3）IACK方式 發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)包后緩存該包，監(jiān)聽(tīng)接收節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳

23、輸，若監(jiān)聽(tīng)到接收節(jié)點(diǎn)已將該數(shù)據(jù)包發(fā)給其下一跳節(jié)點(diǎn)，則認(rèn)為傳輸成功并清除緩存。 IACK方式不需要控制開(kāi)銷(xiāo)，負(fù)載最小，但只能在單跳范圍內(nèi)使用，是一種逐跳檢測(cè)反饋機(jī)制。 IACK方式通常需要節(jié)點(diǎn)更多地偵聽(tīng)信道，以防漏聽(tīng)下一跳的轉(zhuǎn)發(fā)確認(rèn)，并且IACK方式不適合路徑上最后一跳的傳輸確認(rèn)，因?yàn)槟康墓?jié)點(diǎn)不需要繼續(xù)向下轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。,2.重傳恢復(fù) 對(duì)應(yīng)丟包檢測(cè)和反饋，重傳恢復(fù)也分為端到端重傳（恢復(fù)時(shí)間較長(zhǎng)）和逐

24、跳重傳。需要解決的主要問(wèn)題是最大重傳次數(shù)。,5.4.2 冗余傳輸機(jī)制,發(fā)送節(jié)點(diǎn)多次發(fā)送同一數(shù)據(jù)包，只要接收節(jié)點(diǎn)收到至少一個(gè)數(shù)據(jù)包即可。冗余傳輸也可采用多路徑方式，發(fā)送節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)包發(fā)送到多條路徑上進(jìn)行傳輸以提高傳輸可靠性。利用路徑的空間不相關(guān)性來(lái)提高端到端數(shù)據(jù)傳送的成功率。 冗余傳輸機(jī)制消耗的網(wǎng)絡(luò)資源較多，并且存在傳送成功率與復(fù)制數(shù)量之間的折中關(guān)系。,5.4.3 速率控制機(jī)制,丟包恢復(fù)和冗余傳輸都是用來(lái)保證數(shù)據(jù)包或數(shù)據(jù)塊的

25、端到端傳輸可靠性，速率控制則適用于基于任務(wù)的可靠傳輸。這種機(jī)制可以在保證任務(wù)完成的前提下，調(diào)節(jié)源節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)速率，避免或緩解擁塞以更好地實(shí)現(xiàn)可靠傳輸。因此，基于速率控制的可靠傳輸機(jī)制通?？梢耘c擁塞控制機(jī)制聯(lián)合設(shè)計(jì)和考慮。 該機(jī)制中，匯聚節(jié)點(diǎn)根據(jù)一個(gè)周期內(nèi)成功接收數(shù)據(jù)包的數(shù)量計(jì)算網(wǎng)絡(luò)的傳輸可靠性，同時(shí)也估測(cè)網(wǎng)絡(luò)的擁塞程度。 如果傳輸可靠度低于預(yù)計(jì)要求，則通知源節(jié)點(diǎn)調(diào)節(jié)發(fā)送速率以提高可靠度；否則減少源節(jié)點(diǎn)發(fā)送速率

26、，以降低網(wǎng)絡(luò)擁塞，同時(shí)提高傳輸可靠性。,5.5 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的典型傳輸協(xié)議5.5.1擁塞控制協(xié)議 防止網(wǎng)絡(luò)擁塞的產(chǎn)生或緩解和消除網(wǎng)絡(luò)中已經(jīng)發(fā)生的擁塞現(xiàn)象。,1.基于速率分配的擁塞避免,（1）CCF協(xié)議 一種基于多對(duì)一樹(shù)狀傳輸結(jié)構(gòu)自上而下分配速率的擁塞避免協(xié)議。要求所以子節(jié)點(diǎn)的發(fā)送速率總和不超過(guò)其父節(jié)點(diǎn)的發(fā)送速率，從而避免父節(jié)點(diǎn)的緩存溢出。 該協(xié)議要求每個(gè)節(jié)點(diǎn)估算自己的平均上行發(fā)送速率，

27、并將該速率平均分配給自己下游子樹(shù)上的節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)在自身的實(shí)際平均發(fā)送速率和父節(jié)點(diǎn)分配的發(fā)送速率之間選擇較小的值作為實(shí)際發(fā)送速率，并將這一決定發(fā)送給自己的子節(jié)點(diǎn)供其調(diào)節(jié)速率。,（2）Flush協(xié)議 一種適用于直線拓?fù)涞膿砣苊鈪f(xié)議。該協(xié)議的設(shè)計(jì)目標(biāo)主要針對(duì)單信道無(wú)線多跳網(wǎng)絡(luò)傳輸中可能導(dǎo)致?lián)砣膬蓚€(gè)問(wèn)題：相鄰無(wú)線鏈路的傳輸干擾問(wèn)題和節(jié)點(diǎn)間速率不匹配產(chǎn)生的緩存溢出問(wèn)題。 每個(gè)節(jié)點(diǎn)只有在不干擾其他節(jié)點(diǎn)間通信、同時(shí)

28、也不受其他節(jié)點(diǎn)通信干擾的情況下才允許發(fā)送數(shù)據(jù)，并且一個(gè)節(jié)點(diǎn)的發(fā)送速率不得超過(guò)其前向路徑上節(jié)點(diǎn)的發(fā)送速率。 基于上述要求和直線型拓?fù)涮匦裕總€(gè)節(jié)點(diǎn)可以在不發(fā)生傳輸碰撞的前提下，確定自己的最優(yōu)數(shù)據(jù)發(fā)送間隔和發(fā)送速率，從而有效提升網(wǎng)絡(luò)的額吞吐量 特點(diǎn)：方案簡(jiǎn)單，但應(yīng)用范圍有限，僅適合直線拓?fù)?，并且網(wǎng)絡(luò)中同一時(shí)間內(nèi)只能有一個(gè)數(shù)據(jù)流。,2.基于傳輸控制的擁塞避免,（1）CALB協(xié)議 基于輕量級(jí)節(jié)點(diǎn)緩存

29、狀態(tài)管理的擁塞避免協(xié)議。該協(xié)議要求節(jié)點(diǎn)在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)將自己剩余緩存空間信息捎帶在數(shù)據(jù)包頭中。所以，節(jié)點(diǎn)在監(jiān)聽(tīng)相鄰節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)包獲知其剩余緩存空間。發(fā)送節(jié)點(diǎn)僅在接收節(jié)點(diǎn)緩存不滿(mǎn)時(shí)才可以向其發(fā)送數(shù)據(jù)，以避免接收節(jié)點(diǎn)贏緩存溢出造成的丟包。 僅僅依賴(lài)接收節(jié)點(diǎn)“緩存是否已滿(mǎn)”來(lái)作為發(fā)送節(jié)點(diǎn)是否應(yīng)該發(fā)送數(shù)據(jù)的單一標(biāo)準(zhǔn)是不夠的。 “緩存已經(jīng)快滿(mǎn)”說(shuō)明擁塞正在發(fā)生，而隱終端的存在也可能造成發(fā)送節(jié)點(diǎn)獲知的接收節(jié)點(diǎn)緩存狀態(tài)信息已經(jīng)過(guò)時(shí)。因此

30、CALB協(xié)議提出將節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)包中攜帶的剩余緩存空間值設(shè)置為實(shí)際剩余的1/6，從而較好地避免緩存溢出的問(wèn)題。,（2）CRA協(xié)議 一種結(jié)合多路徑路由的擁塞避免協(xié)議。該協(xié)議定義每個(gè)節(jié)點(diǎn)的下游節(jié)點(diǎn)數(shù)與其上游節(jié)點(diǎn)數(shù)的比值為該節(jié)點(diǎn)的特征比率（CR）。根據(jù)特征比率的大小、自己及上下游節(jié)點(diǎn)的緩存隊(duì)列長(zhǎng)度等信息，來(lái)調(diào)節(jié)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)發(fā)送速率，進(jìn)而達(dá)到避免網(wǎng)絡(luò)擁塞的目的。,CR>1:公平排隊(duì)，輪流向每個(gè)下游節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)CR=1:檢測(cè)下

31、游節(jié)點(diǎn)的緩存占用情況，在不引起擁塞的情況下，向下游轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)CR<1：意味著當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的上游節(jié)點(diǎn)多余下游節(jié)點(diǎn)，若當(dāng)前緩存將滿(mǎn)，則需要通知上游節(jié)點(diǎn)降低發(fā)送速率,注：源節(jié)點(diǎn)方向?上游 匯聚節(jié)點(diǎn)方向?下游,3.基于速率控制的擁塞控制,（1）CODA協(xié)議 一種基于速率控制的擁塞控制協(xié)議。在CODA協(xié)議中，擁塞檢測(cè)采用信道采樣和緩存占用率檢測(cè)兩種方法，擁塞通知采用開(kāi)環(huán)擁塞消息后壓法和匯聚節(jié)點(diǎn)端

32、到端反饋ACK通知兩種方式。擁塞緩解采用本地丟包、轉(zhuǎn)發(fā)速率控制以及閉環(huán)多源速率控制機(jī)制。 在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，接收節(jié)點(diǎn)結(jié)合信道負(fù)載和本地緩存占用率檢測(cè)擁塞狀況判斷是否發(fā)生了擁塞。若節(jié)點(diǎn)檢測(cè)到擁塞，則通過(guò)后壓方式逐跳向上游節(jié)點(diǎn)傳遞擁塞指示。接受到后壓消息的節(jié)點(diǎn)根據(jù)本地策略進(jìn)行擁塞緩解，如丟棄分組、根據(jù)AIMD機(jī)制來(lái)調(diào)節(jié)發(fā)送窗口等，并根據(jù)本地網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)決定是否繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)后壓消息。 CODE 協(xié)議還采用閉環(huán)方式調(diào)節(jié)數(shù)

33、據(jù)源速率，由匯聚節(jié)點(diǎn)周期性地向全網(wǎng)反饋ACK消息。當(dāng)源速率低于某一門(mén)限值時(shí)源節(jié)點(diǎn)自動(dòng)提高速率；當(dāng)超過(guò)某一門(mén)限值時(shí)，源節(jié)點(diǎn)需要根據(jù)ACK情況進(jìn)行速率調(diào)整，若源節(jié)點(diǎn)收到ACK消息則維持速率不變，否則降低速率。,注：開(kāi)環(huán)控制：通過(guò)設(shè)計(jì)一個(gè)好的算法來(lái)避免擁塞發(fā)生 閉環(huán)控制：給予反饋機(jī)制，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的當(dāng)前狀態(tài)來(lái)控制擁塞,（2）Fusion協(xié)議 一種基于速率控制的逐跳擁塞控制協(xié)議，該協(xié)議采用緩存占用率檢測(cè)+信道采樣判斷

34、是否發(fā)生擁塞，當(dāng)緩存占用率或信道采樣負(fù)載超過(guò)給定的門(mén)限值時(shí)，使用隱式擁塞通告，即在數(shù)據(jù)包頭中設(shè)置擁塞位為1。擁塞緩解則采用轉(zhuǎn)發(fā)速率控制的方法： 1.當(dāng)節(jié)點(diǎn)監(jiān)聽(tīng)到父節(jié)點(diǎn)的擁塞位為1時(shí)，停止轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù) 2.通過(guò)令牌桶方式限制轉(zhuǎn)發(fā)速率。每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)通過(guò)信道監(jiān)聽(tīng)，估測(cè)通過(guò)其父節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)的源節(jié)點(diǎn)的總數(shù)（記為N）；每監(jiān)聽(tīng)到父節(jié)點(diǎn)發(fā)送了N個(gè)數(shù)據(jù)包可獲得一個(gè)令牌。當(dāng)節(jié)點(diǎn)令牌大于0時(shí)才允許發(fā)送數(shù)據(jù)包，一個(gè)數(shù)據(jù)包消耗一個(gè)令牌。

35、 同時(shí)為了讓擁塞指示信息可以?xún)?yōu)先傳輸， Fusion協(xié)議采用有優(yōu)先級(jí)的MAC協(xié)議，即擁塞的節(jié)點(diǎn)優(yōu)先訪問(wèn)無(wú)線媒體，以快速傳播擁塞指示信息。當(dāng)節(jié)點(diǎn)檢測(cè)到擁塞時(shí)，其隨機(jī)退避窗口設(shè)為非擁塞節(jié)點(diǎn)退避窗口的1/4,(3)SenTCP協(xié)議 一種基于速率控制的開(kāi)環(huán)逐跳方式擁塞控制協(xié)議。該協(xié)議中擁塞檢測(cè)采用擁塞度檢測(cè)和緩存占用率檢測(cè)相結(jié)合的方法，其中擁塞度由包間隔時(shí)間和包服務(wù)時(shí)間計(jì)算得到。 在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，

36、當(dāng)節(jié)點(diǎn)檢測(cè)到擁塞后，沿?cái)?shù)據(jù)傳輸方向反向逐跳反饋擁塞指示消息，信息中攜帶了本地?fù)砣菴d和緩存占用率Br。 當(dāng)Br超過(guò)最大門(mén)限值Bmax時(shí)，中間節(jié)點(diǎn)每收到一個(gè)數(shù)據(jù)包就反饋一次擁塞指示消息；否則節(jié)點(diǎn)會(huì)維護(hù)一個(gè)定時(shí)器，只有在定時(shí)器超時(shí)、 Br落入[Bmin,Bmax] 區(qū)間和該周期內(nèi)有新的數(shù)據(jù)包到達(dá)3個(gè)條件同時(shí)滿(mǎn)足時(shí)，節(jié)點(diǎn)才反饋擁塞指示消息。擁塞指示消息廣播給所有相鄰節(jié)點(diǎn)，收到該消息的上游節(jié)點(diǎn)和相鄰節(jié)點(diǎn)根據(jù)指示消息調(diào)節(jié)自身轉(zhuǎn)發(fā)速

37、率，調(diào)節(jié)的比例系數(shù)為擁塞度的倒數(shù)，即1/Cd,4.基于流量控制的擁塞控制,（1）ARC協(xié)議 基于自適應(yīng)流量控制的擁塞控制協(xié)議，該協(xié)議通過(guò)引入冗余節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)多路徑分流，以緩解網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生的擁塞程度。為了節(jié)約能量，冗余節(jié)點(diǎn)采用休眠機(jī)制，根據(jù)周?chē)?jié)點(diǎn)的擁塞程度設(shè)置休眠時(shí)間，從而為多路徑分流做好準(zhǔn)備。 每個(gè)數(shù)據(jù)包頭重?cái)y帶擁塞度參數(shù)，從路徑上游向下游傳輸。在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，當(dāng)檢測(cè)到網(wǎng)絡(luò)發(fā)生擁塞后，第一個(gè)擁塞度低于一定門(mén)限

38、值的節(jié)點(diǎn)將發(fā)起多路徑建立請(qǐng)求，向上游尋找第一個(gè)未擁塞節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分流，分流節(jié)點(diǎn)利用冗余節(jié)點(diǎn)建立繞開(kāi)擁塞區(qū)域的多跳路徑。匯聚節(jié)點(diǎn)根據(jù)數(shù)據(jù)包中的信息判斷擁塞緩解后，通知分流節(jié)點(diǎn)解除分流，仍然按照原先最優(yōu)路徑傳輸。,CAR協(xié)議類(lèi)似ARC協(xié)議，當(dāng)發(fā)生擁塞時(shí)，低優(yōu)先級(jí)的數(shù)據(jù)流走其他路徑繞過(guò)擁塞區(qū)域，保證高優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)流的傳輸質(zhì)量。適用于實(shí)時(shí)傳呼。,（2）Siphon協(xié)議 基于分層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的擁塞控制協(xié)議。通過(guò)增加虛擬匯聚節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分流。

39、 在網(wǎng)絡(luò)中部署少量具有多模無(wú)線通信能力的傳感器節(jié)點(diǎn)作為虛擬sink節(jié)點(diǎn)，每個(gè)虛擬sink節(jié)點(diǎn)使用基于IEEE 802.11的長(zhǎng)距離無(wú)線通信方式與實(shí)際sink節(jié)點(diǎn)通信，使用短距離無(wú)線通信方式與附近的傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信。因此，整個(gè)網(wǎng)路可以看成兩層網(wǎng)絡(luò)組成。虛擬sink節(jié)點(diǎn)：使用信道采樣和緩存占用率檢測(cè)擁塞實(shí)際sink節(jié)點(diǎn)：使用數(shù)據(jù)逼真度檢測(cè)擁塞 在發(fā)生擁塞時(shí)，傳感器節(jié)點(diǎn)將通過(guò)重定向方式把數(shù)據(jù)傳輸給附近的虛擬sink

40、節(jié)點(diǎn)，虛擬sink節(jié)點(diǎn)啟動(dòng)長(zhǎng)距離通信模塊與實(shí)際sink節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信轉(zhuǎn)發(fā)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)流量進(jìn)行分流。次級(jí)網(wǎng)絡(luò)使用基于碰撞的歸一化位差錯(cuò)率作為擁塞指示，并可與CODA，F(xiàn)usion等協(xié)議結(jié)合使用進(jìn)行擁塞控制。若主網(wǎng)絡(luò)和次網(wǎng)絡(luò)都發(fā)生擁塞，CODA或Fusion中的擁塞控制機(jī)制將被觸發(fā)。 Siphon協(xié)議通過(guò)構(gòu)建包含主網(wǎng)絡(luò)和次網(wǎng)絡(luò)的雙層網(wǎng)絡(luò)，提供了更好的擁塞恢復(fù)能力，其不足之處在于需要增加額外的硬件設(shè)備，且虛擬sink節(jié)點(diǎn)的部署情況也會(huì)直接

41、影響協(xié)議性能。,（3）BGR協(xié)議 是一種結(jié)合地理信息和多路徑路由的擁塞控制協(xié)議， 該協(xié)議采用節(jié)點(diǎn)緩存占用率和信道采樣進(jìn)行擁塞控制，采用的擁塞控制方法有：網(wǎng)內(nèi)包擴(kuò)散 選擇在擁塞節(jié)點(diǎn)附近直接分流，適合緩解短暫的擁塞端到端包擴(kuò)散 從數(shù)據(jù)源端就開(kāi)始在指定方向范圍內(nèi)隨機(jī)選擇下一跳相鄰節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分流轉(zhuǎn)發(fā)，適合于緩解長(zhǎng)時(shí)間的擁塞。 該協(xié)議實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，但隨機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)不能保證擁塞緩解的效果，甚至可能加重?fù)?/p>

42、塞程度。,（4）TADR協(xié)議 一種支持擁塞控制的路由協(xié)議，該協(xié)議采用隊(duì)列長(zhǎng)度作為擁塞指標(biāo)，并引入了物理場(chǎng)中勢(shì)能的概念，即在網(wǎng)絡(luò)中構(gòu)造一個(gè)綜合深度（可以取距離匯聚節(jié)點(diǎn)的最小跳數(shù)作為節(jié)點(diǎn)的深度值）和歸一化隊(duì)列長(zhǎng)度的混合勢(shì)能場(chǎng)，節(jié)點(diǎn)沿勢(shì)能最陡的方向選擇下一跳。 該協(xié)議實(shí)際上是在深度和擁塞之間建立一個(gè)折中：無(wú)擁塞時(shí)，節(jié)點(diǎn)按最短路徑路由發(fā)送數(shù)據(jù)；當(dāng)隊(duì)列過(guò)長(zhǎng)，出現(xiàn)擁塞時(shí)，數(shù)據(jù)就會(huì)繞行其他路徑，避開(kāi)擁塞區(qū)域。

43、 TADR協(xié)議開(kāi)銷(xiāo)小，適合大規(guī)模密集部署的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)。,5.基于數(shù)據(jù)處理的擁塞控制（1）CONCERT協(xié)議 是一種通過(guò)網(wǎng)內(nèi)數(shù)據(jù)融合減少網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量來(lái)減輕擁塞的擁塞控制 。該協(xié)議采用節(jié)點(diǎn)緩存占用率和信道采樣兩種方法進(jìn)行擁塞檢測(cè)。數(shù)據(jù)融合節(jié)點(diǎn)根據(jù)匯聚節(jié)點(diǎn)規(guī)定的融合函數(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，并盡可能保證檢測(cè)數(shù)據(jù)的可信度，同時(shí)，根據(jù)自己的擁塞程度調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)融合度。為降低數(shù)據(jù)融合的時(shí)間開(kāi)銷(xiāo)， CONCERT協(xié)議要求僅在預(yù)測(cè)可能發(fā)

44、生擁塞區(qū)域部署融合節(jié)點(diǎn)。對(duì)于難以預(yù)測(cè)是否將會(huì)發(fā)生擁塞的區(qū)域，可部署移動(dòng)融合節(jié)點(diǎn)。,（2）PREI協(xié)議 一種基于數(shù)據(jù)處理的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)擁塞控制協(xié)議。 PREI協(xié)議定義了可靠度指數(shù)，其設(shè)計(jì)目標(biāo)是最大化可靠度指數(shù)。 PREI協(xié)議將網(wǎng)絡(luò)劃分為多個(gè)互不交疊的網(wǎng)格，每個(gè)網(wǎng)格中有一個(gè)融合節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)匯聚數(shù)據(jù)并計(jì)算這些數(shù)據(jù)的中位數(shù)。若某傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)與中位數(shù)差異超過(guò)給定門(mén)限，則融合節(jié)點(diǎn)去除該節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)并認(rèn)為該節(jié)點(diǎn)異常。若一個(gè)

45、網(wǎng)格內(nèi)的正常節(jié)點(diǎn)超過(guò)半數(shù)，融合節(jié)點(diǎn)計(jì)算正常節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的平均值，并認(rèn)為該融合結(jié)果是可靠的。 相鄰網(wǎng)格的數(shù)據(jù)可再次融合，以進(jìn)一步減少傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。 PREI協(xié)議通過(guò)多級(jí)數(shù)據(jù)融合降低網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的數(shù)據(jù)量，從而能夠有效降低網(wǎng)絡(luò)發(fā)生擁塞的概率，然而PREI協(xié)議采用的融合模型比較簡(jiǎn)單，使用范圍較窄。,5.5.2 可靠傳輸協(xié)議 可靠傳輸協(xié)議的作用是保證傳感器數(shù)據(jù)能夠有序、無(wú)丟失、無(wú)差錯(cuò)地傳輸?shù)絽R聚節(jié)點(diǎn)，向用戶(hù)提供可靠的數(shù)據(jù)傳輸服

46、務(wù)。可靠傳輸協(xié)議可以采用丟包恢復(fù)、冗余傳輸和速率控制等基本機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)。 包括基于數(shù)據(jù)包的可靠傳輸協(xié)議、基于數(shù)據(jù)塊的可靠傳輸協(xié)議和基于數(shù)據(jù)流的可靠傳輸協(xié)議。,1.基于數(shù)據(jù)包的可靠傳輸協(xié)議采用基于重傳的丟包恢復(fù)和多路徑冗余傳輸?shù)葯C(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)（1）ReInForM協(xié)議 一種利用多路徑冗余傳輸來(lái)提高可靠性的傳輸協(xié)議。在ReInForM協(xié)議中，源節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)包之前，首先需要根據(jù)數(shù)據(jù)包的重要性確定預(yù)期的成功傳送率，然后

47、確定需要發(fā)送的數(shù)據(jù)包復(fù)制數(shù)量和下一跳節(jié)點(diǎn)。復(fù)制數(shù)量P可以根據(jù)本地估測(cè)的信道誤碼率、源節(jié)點(diǎn)到匯聚節(jié)點(diǎn)的跳數(shù)和預(yù)期的成功傳送率計(jì)算得到。 ReInForM協(xié)議的執(zhí)行過(guò)程中，隨機(jī)選擇下一跳的方式可以在一定程度上平衡網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的能量消耗，但也可能偶爾會(huì)造成路由環(huán)路。,（2）MMSPEED協(xié)議 是一種通過(guò)多路徑冗余傳輸來(lái)提高可靠性的傳輸協(xié)議。該協(xié)議中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)根據(jù)本地丟包率和跳數(shù)信息計(jì)算數(shù)據(jù)包可達(dá)概率。具體說(shuō)，數(shù)據(jù)包從

48、節(jié)點(diǎn)i經(jīng)由節(jié)點(diǎn)j轉(zhuǎn)發(fā)到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)d的可達(dá)概率為：,,為i和j兩節(jié)點(diǎn)間的跳數(shù)距離， 為i和j兩節(jié)點(diǎn)間的丟包率,,對(duì)于節(jié)點(diǎn)i來(lái)說(shuō)，每添加一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)j，則從節(jié)點(diǎn)i到達(dá)目的總可達(dá)概率為,,節(jié)點(diǎn)i將持續(xù)增加轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)，直到P高于預(yù)期的可靠性要求。同時(shí)，為了修正分布式本地決策可能對(duì)整體性能造成的影響， MMSPEED協(xié)議采取了逐跳動(dòng)態(tài)補(bǔ)償和后壓消息機(jī)制。源節(jié)點(diǎn)將對(duì)轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)的預(yù)期可靠性要求添加在數(shù)據(jù)包中捎帶給轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)，轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)可據(jù)此決定自己

49、的下一跳，修正上一跳的轉(zhuǎn)發(fā)決策。如果某一節(jié)點(diǎn)計(jì)算出的Pr無(wú)法滿(mǎn)足預(yù)期可靠性要求，則將這一信息反饋給上游節(jié)點(diǎn)以調(diào)整各節(jié)點(diǎn)的可靠性要求。,（3）GRAB協(xié)議 一種結(jié)合傳輸信用度和多路冗余傳輸?shù)臄?shù)據(jù)發(fā)送協(xié)議。該協(xié)議要求sink節(jié)點(diǎn)建立和維護(hù)網(wǎng)絡(luò)所有節(jié)點(diǎn)的傳輸開(kāi)銷(xiāo)梯度場(chǎng)。一個(gè)節(jié)點(diǎn)的傳輸開(kāi)銷(xiāo)值指單位長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)包從該節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)絪ink節(jié)點(diǎn)的最小能耗值。 GRAB協(xié)議允許一個(gè)數(shù)據(jù)包沿梯度降低的多路徑進(jìn)行冗余傳輸。同時(shí)，為了

50、限制單個(gè)復(fù)制端到端傳輸?shù)哪芎模垂?jié)點(diǎn)在每個(gè)發(fā)送數(shù)據(jù)包中設(shè)置了信用度，使得網(wǎng)路從源節(jié)點(diǎn)到匯聚節(jié)點(diǎn)傳輸一個(gè)數(shù)據(jù)包的能耗不應(yīng)超過(guò)該信用度與源節(jié)點(diǎn)到匯聚節(jié)點(diǎn)的傳輸開(kāi)銷(xiāo)值之和。這里，信用度用能耗衡量。當(dāng)數(shù)據(jù)包傳輸?shù)侥彻?jié)點(diǎn)時(shí)，該節(jié)點(diǎn)計(jì)算該數(shù)據(jù)包的信用度剩余比例R和相應(yīng)的門(mén)限值RTH,計(jì)算公式如下：,,,2.基于數(shù)據(jù)塊的可靠傳輸協(xié)議（1）PSFQ協(xié)議 一種面向下行通信的數(shù)據(jù)塊可靠傳輸協(xié)議，適用于從匯聚節(jié)點(diǎn)向一組傳感器節(jié)點(diǎn)或網(wǎng)絡(luò)中所有

51、節(jié)點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)的場(chǎng)合，并為其提供可靠的傳輸保證。 該協(xié)議采用緩發(fā)快取得方式進(jìn)行傳輸控制，主要由Pump、Fetch和Report這三個(gè)操作構(gòu)成。Pump：匯聚節(jié)點(diǎn)給數(shù)據(jù)塊中的數(shù)據(jù)段分配序列號(hào)，并采用MAC層的廣播方式依次發(fā)送各數(shù)據(jù)段的操作。Fetch：節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)某數(shù)據(jù)段丟失后，暫停數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，將丟失的數(shù)據(jù)段序列號(hào)信息綜合在一個(gè)NACK包中直接廣播給相鄰節(jié)點(diǎn)Report：向匯聚節(jié)點(diǎn)要求距離較遠(yuǎn)的節(jié)點(diǎn)逐跳匯報(bào)自己的地址和收包情

52、況，節(jié)點(diǎn)的距離可根據(jù)收到的數(shù)據(jù)包中的TTL值來(lái)判斷。 PSFQ協(xié)議需要較多的計(jì)時(shí)器，維護(hù)較為復(fù)雜,（2）GARUDA協(xié)議 一種面向下行通信的數(shù)據(jù)塊可靠傳輸協(xié)議，通過(guò)丟包恢復(fù)保障傳輸可靠性。 匯聚節(jié)點(diǎn)首先將一個(gè)數(shù)據(jù)塊分解成多個(gè)數(shù)據(jù)包進(jìn)行傳輸，并通過(guò)第一個(gè)數(shù)據(jù)包的傳輸在網(wǎng)絡(luò)中選擇核心節(jié)點(diǎn)，組成核心子網(wǎng)；這里核心節(jié)點(diǎn)指距離sink節(jié)點(diǎn)跳數(shù)3的倍數(shù)的節(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)丟包重傳。每個(gè)核心節(jié)點(diǎn)在所轉(zhuǎn)

53、發(fā)的數(shù)據(jù)包中添加位圖，指示自己已經(jīng)正確收到了哪些數(shù)據(jù)包。丟包恢復(fù)分為： 核心節(jié)點(diǎn)丟包恢復(fù)，非核心節(jié)點(diǎn)丟包恢復(fù),GARUDA協(xié)議有效地克服了NACK的傳輸界限問(wèn)題，丟包恢復(fù)迅速，但該協(xié)議要求每個(gè)分組攜帶位圖信息，增加了傳輸開(kāi)銷(xiāo)。,（3）RMST協(xié)議 一種面向上行通信的數(shù)據(jù)塊可靠傳輸協(xié)議，該協(xié)議對(duì)傳統(tǒng)定向擴(kuò)散路由協(xié)議進(jìn)行改進(jìn)，增加了了用于反饋丟包信息的反向路徑。 該協(xié)議中，源節(jié)點(diǎn)將傳送

54、給匯聚節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)塊分解成多個(gè)數(shù)據(jù)包發(fā)送，傳輸層使用NACK包進(jìn)行端到端丟包恢復(fù)，并建議MAC層采用ARQ重傳方式提高鏈路傳輸?shù)目煽啃浴?RMST協(xié)議支持緩存和非緩存兩種操作方式緩存：匯聚節(jié)點(diǎn)和中間節(jié)點(diǎn)緩存數(shù)據(jù)并周期性檢查丟失數(shù)據(jù)段。若有丟失則沿DD協(xié)議確認(rèn)的反向加強(qiáng)路徑逐跳返回NACK包，請(qǐng)求重傳。對(duì)于收到NACK的中間節(jié)點(diǎn) 來(lái)說(shuō)，如果本地沒(méi)有緩存相關(guān)丟失數(shù)據(jù)包，則繼續(xù)向數(shù)據(jù)源節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)NACK包，否則由當(dāng)前節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)重傳丟

55、失的數(shù)據(jù)包。非緩存：只有源節(jié)點(diǎn)和匯聚節(jié)點(diǎn)保存數(shù)據(jù)包，因此只有源節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)接收NACK包并執(zhí)行重傳。,3.基于數(shù)據(jù)流的可靠傳輸協(xié)議（1）ESRT協(xié)議 一種基于數(shù)據(jù)流的可靠傳輸協(xié)議，主要針對(duì)以數(shù)據(jù)為中心的應(yīng)用，通過(guò)自動(dòng)配置網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)可靠傳輸。 該協(xié)議要求匯聚節(jié)點(diǎn)根據(jù)一個(gè)周期內(nèi)成功收到的數(shù)據(jù)包數(shù)量計(jì)算傳輸可靠度，通過(guò)調(diào)整源節(jié)點(diǎn)發(fā)送速率來(lái)調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)。 如果傳輸可靠度低于預(yù)期要求，則通知源節(jié)點(diǎn)調(diào)節(jié)發(fā)

56、送速率以提高可靠度；否則，在不降低傳輸可靠度的前提下減少源節(jié)點(diǎn)發(fā)送速率以節(jié)約能量。 ESRT協(xié)議支持擁塞控制，但不支持丟包恢復(fù)。它采用基于緩存占用情況的擁塞檢測(cè)機(jī)制，若節(jié)點(diǎn)檢測(cè)到擁塞則它可以在數(shù)據(jù)包中設(shè)置擁塞位以通知匯聚節(jié)點(diǎn)擁塞狀況，匯聚節(jié)點(diǎn)將通知所有源節(jié)點(diǎn)調(diào)節(jié)發(fā)送速率。 ESRT協(xié)議對(duì)隨機(jī)性和動(dòng)態(tài)性較強(qiáng)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有較強(qiáng)的魯棒性。但是，ESRT協(xié)議要求匯聚節(jié)點(diǎn)的下行傳輸鏈路能夠直接覆蓋整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)所有

57、節(jié)點(diǎn)不予區(qū)分采用相同操作，且擁塞控制由匯聚節(jié)點(diǎn)集中負(fù)責(zé)，響應(yīng)延時(shí)較長(zhǎng)。,（2）GurGame協(xié)議 一種通過(guò)控制數(shù)據(jù)源節(jié)點(diǎn)的數(shù)量實(shí)現(xiàn)可靠傳輸?shù)膫鬏攨f(xié)議。該協(xié)議假定網(wǎng)絡(luò)中匯聚節(jié)點(diǎn)要求在一個(gè)周期內(nèi)收到至少k個(gè)數(shù)據(jù)包。在這種情況下，如果網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)N已知，則每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)以k/N的概率決定是否匯報(bào)數(shù)據(jù)；如果N未知，則基于GurGame算法確定節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)匯報(bào)概率。 GurGame算法可以自適應(yīng)地調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)中處于匯報(bào)狀態(tài)的

58、節(jié)點(diǎn)的數(shù)量，從而使網(wǎng)絡(luò)達(dá)到滿(mǎn)意的服務(wù)質(zhì)量。,5.5.3擁塞控制和可靠傳輸混合協(xié)議（ 1） STCP協(xié)議 一種可支持多種類(lèi)型數(shù)據(jù)流的分布式傳輸協(xié)議，可同時(shí)提供對(duì)擁塞控制和丟包恢復(fù)的支持， STCP協(xié)議針對(duì)不同數(shù)據(jù)流設(shè)計(jì)了不同的丟包恢復(fù)機(jī)制，并以緩存占用率為擁塞標(biāo)志。當(dāng)檢 測(cè)到本地緩存占用率超過(guò)門(mén)限值Tlower時(shí)，節(jié)點(diǎn)以一定概率設(shè)定轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包中的擁塞位。當(dāng)本地緩存占用率超過(guò)門(mén)限值Thigher時(shí)，所有轉(zhuǎn)發(fā)包的擁塞位均設(shè)為1

59、。當(dāng)收到擁塞通告后，匯聚節(jié)點(diǎn)會(huì)通知相關(guān)源節(jié)點(diǎn)重新選擇路由或降低發(fā)送速率。 與傳統(tǒng)TCP協(xié)議類(lèi)似，STCP協(xié)議執(zhí)行過(guò)程中，要求源節(jié)點(diǎn)首先和匯聚節(jié)點(diǎn)建立會(huì)話，并要求源節(jié)點(diǎn)和匯聚節(jié)點(diǎn)保持會(huì)話相關(guān)的狀態(tài)和計(jì)時(shí)器信息。 STCP協(xié)議即可以支持連續(xù)數(shù)據(jù)流，也可以支持事件驅(qū)動(dòng)的數(shù)據(jù)流。,（2）RCRT協(xié)議 一種基于速率控制的可靠傳輸協(xié)議，適合數(shù)據(jù)量大、速率高且不允許丟包的應(yīng)用，如圖像采集、建筑物健康監(jiān)控等。

60、 RCRT協(xié)議采用端到端丟包恢復(fù)策略，且所有功能都有匯聚節(jié)點(diǎn)集中實(shí)現(xiàn)。匯聚節(jié)點(diǎn)檢查到丟包后，向源節(jié)點(diǎn)發(fā)送NACK包請(qǐng)求端到端的丟包恢復(fù)。 RCRT以丟包恢復(fù)時(shí)間作為擁塞指標(biāo)。若丟包恢復(fù)能夠在一個(gè)RTT時(shí)間內(nèi)完成，則認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)無(wú)擁塞；若恢復(fù)時(shí)間超過(guò)兩個(gè)RTT時(shí)間，則認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)擁塞。 匯聚節(jié)點(diǎn)使用AIMD（即加性遞增乘性遞減）策略調(diào)節(jié)所有流的速率總和，再根據(jù)不同的策略分配給各個(gè)源節(jié)點(diǎn)。RCRT協(xié)議支持多個(gè)相互干擾

61、的數(shù)據(jù)流并發(fā)傳輸，可滿(mǎn)足高速率和低延遲應(yīng)用的需求。但在有些情況下，距離匯聚節(jié)點(diǎn)較遠(yuǎn)的節(jié)點(diǎn)丟包恢復(fù)時(shí)間由于某些原因（如RTT估計(jì)不準(zhǔn)確或機(jī)會(huì)性的路徑傳輸延遲增加等）可能超過(guò)一個(gè)RTT，因此可能會(huì)造成錯(cuò)誤地啟動(dòng)擁塞緩解機(jī)制；且由匯聚節(jié)點(diǎn)執(zhí)行擁塞檢測(cè)，在中間節(jié)點(diǎn)上發(fā)生的擁塞可能無(wú)法快速及時(shí)發(fā)現(xiàn)，而擁塞緩解機(jī)制的滯后可能影響網(wǎng)絡(luò)性能,小結(jié) 傳輸控制協(xié)議是WSN協(xié)議的重要組成部分，其作用是為網(wǎng)絡(luò)提供有序、無(wú)丟失、無(wú)差錯(cuò)、透明的端到端