无线传感器网络的可靠性方案

传输层的可靠性方案通常基于中继（Retransmission）。数据片段由源节点重发，或有时由中间节点（有以前没有发送成功的数据片段）重发。要做到这点，主要有两个挑战：

1）检测一个数据片段没有被成功发送，例如数据片段在传输中丢失或混乱；

2）初始化数据片段中继。

可由源节点或目的节点检测一次失败的传送。若接收数据的节点总是给出成功传送的应答，称为正应答（Positive Acknowledgement）。使用正应答方案时，若源节点没接收到传输片段的应答，说明数据片段没有传送成功，或者应答信息丢失。在这类方案中，源节点担负探测的责任。对应地，负应答（Negative Acknowledge-ment）方案中，目的节点可以报告一次失败的信息传送。

若数据片段顺序传送，每一片段赋予一个序列号，通过对最后一个片段序列号的应答，目的节点可以对包括最后收到的多个片段产生应答。因特网传输控制协议（TCP）基于多个片段的正向应答，以满足端到端可靠性。

满足端到端可靠性的TCP方法也可用到无线自组织网络和Mesh网络。然而，由于传感器网络有严格的功耗约束和大量的单跳，源节点片断应答和对每一丢失片段的重传代价太高。传感器网络的流量模式是一对多、多对一和多对多。这也有别于因特网和传统的自组织网络。另外，传感器网络的最终目标是感知利益相关事件。因为传感器节点的感知范围通常会重叠，所以相同的事件往往会被多个传感器节点报告。事件的成功通知对传感器网络很重要。数据包丢失可以容忍，除非它阻碍事件的通知。为克服这些差异，无线传感器网络需要其他端到端可靠的方案。

可靠多片段传输方案（Reliable Multisegment Transport，RMST）（Stann and Wag-ner，2003）为定向传播提供端到端可靠的数据包传输。RMST是选择性负应答（Se-lective Negative Acknowledgement，NACK）协议，有两种模式：缓存模式（CachingMode）和非缓存模式（Noncaching Mode）。缓存模式中，许多节点沿着一条增强路径，例如定向传播协议用于传输数据到汇聚节点的路径，被赋给RMST节点。每个RMST节点缓存数据流片段，并为每个数据流维护看门狗定时器（Watchdog Tim-er）。若定时器到时而数据片段没收到，一个负应答会沿增强路径回溯方向发出。拥有路径中丢失片段的第一个RMST节点重传片段。汇聚节点担当最后一个RMST节点，在非缓存模式下变成唯一的RMST节点。

缓发快取（Pump Slowly，Fetch Quickly，PSFQ）方案（Wan et al.，2003）与RMST方案（Stann and Wagner，2003）相似。PSFQ方案包括三个功能：消息转播（Pump操作）、转播发起的错误纠正（Fetch操作）和选择性状态报告（Report操作）。PSFQ方案中每个中间节点维护一个数据缓存。收到数据包的节点，与本地缓存对照检查包的内容，丢弃任一重复的数据包。若收到的数据包是新的，包中的TTL字段值递减。若递减后TTL字段值大于0，而且包序列号之间没有间隔，则数据包被安排转发。数据包会在随机时间T_min到T_max之间延迟，然后转播。一旦探测到序列号有间隔，节点会转到fetch模式。fetch模式下的节点请求从邻居节点重传丢失的数据包。(www.xing528.com)

PSFQ和RMST方案设计用于增强端到端数据包传输的可靠性。事件到汇聚节点的可靠传输（Event-to-Sink Reliable Transport，ESRT）协议（Sankarasubramaniam et al.，2003）是主要考虑无线传感器网络中端到端可靠事件传输的传输层协议。ESRT协议中，不能确保可靠的事件传输，但通过控制传感器节点事件报告频率，增强可靠性。

在可靠事件传输方法中，事件定义为传感器节点生成的关键数据（Tezcan et al.，2004）。端到端可靠事件传输（End-to-End Reliable Event Transfer，EERET）方案设计用于传输这些关键数据包。大多数情况下，因为传感器网络中节点通常是密集分布的，不止一个传感器节点生成相同的关键数据，因而一个事件可被多个节点检测到。当至少一个报告事件的数据包被汇聚节点接收到时，事件成功传输给收集节点（cnode）。例如，图6-1中的节点a、b、c和d检测相同的事件。既然四个节点都能生成报告此事件的数据包，即使汇聚节点只接收到其中一个数据包，端到端的事件传输仍可以成功。

EERET方案可分成两类：基于非应答（Non-acknowledgement based，NoACK）的方案和基于应答（Acknowledgement based，ACK）的方案。三种方法，即事件报告频率、节点密度和隐式应答可作为基于NoACK方案的例子。对于第二类，另外三种方案如选择性应答、强制应答和覆盖应答（Blanket Acknowledgement）可作为例子。

下面两节阐述基于NoACK和ACK的方案。基于NoACK的方案是不需要等待端到端应答，增强可靠性的可选方法集。相对照的，基于ACK的方案使用应答，但不是像在面向连接的端到端协议中那样使用。通过不同方式使用应答来提供可靠性。

图6-1 端到端可靠事件传输