WSN傳輸協議分析

陳昊

摘 要：可靠傳輸協議是WSN數據采集質量的重要保障。本文說明了數據可靠傳輸的重要性，不同應用對可靠性需求存在差異，著重分析了幾個典型協議的特點以及它們的適用場景，提出設計兼顧可靠傳輸和能耗協議的意義。

關鍵詞：無線傳感網；可靠傳輸；能耗

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A

0.引言

可靠傳輸協議是無線傳感網數據采集質量的重要保障。由于傳感器節點能量、存儲、計算等方面的資源極其受限，因此有線網絡的數據傳輸協議不適合無線傳感網。不同應用背景會對可靠性需求存在一定差異，基于事件的應用要求感知節點及時、可靠地將數據傳遞給匯聚節點，而基于周期性采集數據的應用更多的關注可靠性。此外，傳感網中上行數據與下行數據對可靠性要求不同，匯聚節點向感知節點方向的下行數據要求可靠準確地傳輸，而相關區域的感知數據具有耦合性，容忍一定程度的丟失。

1.研究現狀

無線傳感網的質量保障機制的研究已得到國內外學者的關注，其中可靠傳輸協議是質量保障機制研究的重要內容。

PSFQ協議是一種針對下行通信的數據可靠傳輸協議。與關注上行通信的傳輸層協議不同，反向路徑一般被用于匯聚節點向感知節點傳輸控制信息或發送命令，因此，在PSFQ協議中，要求確保下行數據傳輸的可靠性。PSFQ協議目標是在從匯聚節點到傳感器節點方向保證數據的可靠性，同時，數據包的傳輸按序進行。其基本思想是在逐跳傳輸時，節點以較慢的速率發送數據包，中間節點緩存并轉發至鄰居節點，鄰居節點發現數據包丟失后，立即向上一跳節點請求重傳。如圖1所示，感知節點A每隔Tmin個時間將數據包廣播給相鄰節點，鄰節點B接收后，等待一個介于Tmin和Tmax之間的隨機時間將數據轉發給C節點。若節點在（Nmax-Nlast）×Tmax時間內沒有收到數據包，就發送NACK信號請求第last+1數據包，其中，Nmax是數據流中最大的數據包序號，Nlast是上次接收數據包的最大序號。PSFQ協議慢分發數據的機制針對大規模網絡會造成高延遲，同時節點需一直偵聽信道，能耗較大。

RMST同時在傳輸層使用NACK機制和MAC層的ARQ差錯恢復機制保障數據傳輸質量，有效的實現了數據包傳輸端到端的可靠性。RMST協議對定向擴散（Directed Diffusion，DD）協議做了改進，同時提供了可靠傳輸保障和多路復用技術，但缺少了節能機制。在RMST協議中，差錯控制貫穿了網絡活動的整個過程。此外，該協議將數據流中每個數據包都分配了一個唯一的標號，因此，即使漏掉了數據包，也能及時檢測到，通過發送NACK信號，請求重傳丟失數據。

ESRT是基于事件檢測的可靠傳輸協議，無需中間節點緩存，既避免了擁塞又保證了數據傳輸的可靠性。該協議的算法在匯聚節點運行，對傳感器節點只要求具有很少的功能，協議的主要目標是配置網絡使其盡可能地接近理想執行點，即在最小功耗且沒有網絡擁塞的情況下達到所需的可靠性。通過分布式的更新機制，無論網絡最初狀態如何，都能使網絡達到理想狀態。但ESRT協議是在匯聚節點與所有傳感器節點都是一跳距離的假設前提下建立的，即匯聚節點發出信息則全網中所有感知節點均能接收到。雖然這個前提能夠滿足一些應用的需求，但對于大多數規模稍大的網絡就不適用，從匯聚節點到感知節點需要經過多跳路徑。因此ESRT不適合大規模的無線傳感網應用。

HHRA是帶應答的逐跳可靠傳輸協議，這個協議根據可靠性的期望值和實際的丟包率計算出一個副本值，每發送一個副本后，轉發節點等待來自下一跳的應答包，轉發節點如果收到應答包，則后續未發的副本將不再發送。該協議中，如果未能正確接收應答包，轉發節點將不斷發送副本，并且每個中間節點都要向前驅節點發送應答包。以上協議都存在大量冗余傳輸，導致多余能量的消耗。

結語

可靠數據傳輸不但是傳感器網絡中的基本問題，還是傳感器網絡服務質量的一個重要度量，上述協議均具有能耗較大的弊端，因此需要設計兼顧可靠傳輸和能耗的傳輸協議。

參考文獻

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