【文章內(nèi)容簡介】 銷較低；二是地理路由，地理位置信息實際上體現(xiàn)節(jié)點間相對拓撲關(guān)系，利用這一信息路由能很大程度上降低用于收集拓撲信息付出的開銷，提高協(xié)議的可擴展性地理路由使用的前提是節(jié)點能獲得自己和目的節(jié)點的地理位置信息，對于節(jié)點有移動性，任意兩個節(jié)點之間都可能進行通信的網(wǎng)絡(luò)，為獲得目的節(jié)點位置信息需不斷更新位置信息，開銷較大，地理路由的優(yōu)勢就不明顯?！?shù)據(jù)傳輸可靠性數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃灾苯雨P(guān)系到WSN是否能給用戶提供準確、全面和可靠的信息，而WSN中節(jié)點無線通信能力弱，應(yīng)用環(huán)境復(fù)雜，實際的鏈路質(zhì)量比較低。如何保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃允荳SN路由設(shè)計中的一個關(guān)鍵問題，影響WSN數(shù)據(jù)傳輸可靠性原因：第一，無線信道上的碰撞導致分組無法正確接收；第二，節(jié)點故障使路由不可用，導致分組丟失；第三，鏈路不可靠，導致分組傳輸出錯或丟失。解決路由協(xié)議數(shù)據(jù)傳輸可靠性的策略有：第一，建立多路徑路由，可以建立信源節(jié)點到目標節(jié)點的多條路徑，選擇最優(yōu)路徑作為主路徑，其他路徑為備份。也可以使用多條路徑發(fā)送原始分組的多個副本，即使其中一些傳輸丟失也不會影響端到端的可靠性。第二，選擇可靠鏈路?！÷酚蓞f(xié)議的分類鑒于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特殊性，為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計特有的路由協(xié)議具有非常重要的意義，目前已經(jīng)提出了許多的路由協(xié)議，各種路由協(xié)議在不同的應(yīng)用環(huán)境和性能評價指標下各有千秋。針對不同應(yīng)用環(huán)境的各種路由協(xié)議，根據(jù)一些特定的標準對路由協(xié)議加以分類，主要有以下幾種分類方法。　按源節(jié)點獲取路徑的方法1．主動路由協(xié)議：該協(xié)議要在數(shù)據(jù)傳輸之前先建立好相應(yīng)的路徑，路由發(fā)現(xiàn)策略類似于傳統(tǒng)的路由協(xié)議。網(wǎng)絡(luò)的每個節(jié)點都要周期性地向其他節(jié)點發(fā)送最新的路由信息，并且每一個節(jié)點都要保存一個或更多的路由表來儲存路由信息。當網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時，節(jié)點就在全網(wǎng)內(nèi)廣播路由信息，這樣每一個節(jié)點就能連續(xù)不斷地獲取網(wǎng)絡(luò)信息。主動路由建立、維護的開銷大，資源要求高。2．按需路由協(xié)議：只有在源節(jié)點需要發(fā)送數(shù)據(jù)到目的節(jié)點時，源節(jié)點才發(fā)起創(chuàng)建路由的過程。因此，路由表內(nèi)容是按需建立的，它可能僅僅是整個拓撲結(jié)構(gòu)信息的一部分。通信過程中維護路由，通信完成后便不再進行維護。按需路由協(xié)議在傳輸前需計算路由，因此延時比較大。3．混合路由協(xié)議：混合路由則綜合利用主動和按需兩種方式。一般來說，對于經(jīng)常使用并且拓撲變化不大的網(wǎng)絡(luò)部分可以采用主動路由協(xié)議的方式建立維護相應(yīng)的路由信息，而對于傳輸數(shù)據(jù)比較少或拓撲變化較快的網(wǎng)絡(luò)部分，則采用按需路由的方式建立路由，以取得效用和時延的折中?！“垂?jié)點參與通信的方式1．直接通信協(xié)議：傳感器節(jié)點直接發(fā)送數(shù)據(jù)給接收節(jié)點，在這種網(wǎng)絡(luò)中，如果網(wǎng)絡(luò)比較大的話，節(jié)點的能量會很快用光。另外，隨著節(jié)點數(shù)目的增加，網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)沖突將變得更加嚴重。由于能耗和沖突的原因，這種路由方式在規(guī)模稍大的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中都難應(yīng)用。2．平面路由協(xié)議：網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點都地位平等，實現(xiàn)的路由功能也大致相同。當一個節(jié)點需要發(fā)送數(shù)據(jù)時，可能以其他節(jié)點為中轉(zhuǎn)節(jié)點進行轉(zhuǎn)發(fā)，最后到達接收節(jié)點。通常來說，在接收節(jié)點附近的節(jié)點參與數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)的概率要比遠離接收節(jié)點的節(jié)點參與的概率高，因此，接收節(jié)點附近的節(jié)點由于過于頻繁地參與數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)，會較快地用完能量而成為死亡節(jié)點，這對于能量嚴重受限的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)來說，是一個嚴重的問題。3．層次路由協(xié)議[14][15]：將傳感器節(jié)點分成不同的簇群，簇群內(nèi)收集的監(jiān)控信息都交給簇頭節(jié)點，簇頭節(jié)點可以通過數(shù)據(jù)聚集和融合減少傳輸信息量，最后簇頭節(jié)點把處理后的數(shù)據(jù)傳送給終端節(jié)點。相比于其他路由協(xié)議，層次路由協(xié)議能滿足傳感器網(wǎng)絡(luò)的可擴展性，有效地減少傳感節(jié)點的能量消耗，從而延長網(wǎng)絡(luò)壽命。顯然，此類協(xié)議中，簇頭節(jié)點的能量消耗遠大于其他節(jié)點，因此此類網(wǎng)絡(luò)協(xié)議可以選擇滿足條件的節(jié)點輪流擔當簇頭節(jié)點來均衡能耗。　按路由的發(fā)現(xiàn)過程1．以位置信息為中心的路由協(xié)議[18]：它利用節(jié)點的位置信息，把查詢或數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給需要的地域，從而減少數(shù)據(jù)的傳送范圍。許多傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議都假設(shè)節(jié)點的位置信息已知，所以可以方便的利用節(jié)點的位置信息將節(jié)點分為不同的域，基于域進行數(shù)據(jù)的傳輸來縮小傳送范圍，減少中間節(jié)點的能耗，從而延長網(wǎng)絡(luò)的壽命。2．以數(shù)據(jù)為中心的路由協(xié)議[16][17][18][19]：它提出對傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)用特定的描述方式命名，數(shù)據(jù)傳輸基于數(shù)據(jù)查詢并依賴數(shù)據(jù)命名，所有的數(shù)據(jù)通信都限制在局部范圍內(nèi)。這種方式的通信不再依賴于特定的節(jié)點，二是依賴于網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)，從而減少了網(wǎng)絡(luò)中傳送的大量重復(fù)冗余數(shù)據(jù)，降低了不必要的開銷，從而延長網(wǎng)絡(luò)的壽命。　按路由選擇是否考慮服務(wù)質(zhì)量（QoS）約束保證QoS的路由協(xié)議是指在路由建立時，考慮時延、丟包率等參數(shù)，從多條可行的路由中選擇一條最適合QoS應(yīng)用要求的路由；或者根據(jù)業(yè)務(wù)類型，保證滿足不同業(yè)務(wù)需求的QoS路由協(xié)議。由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議繁多，分類方法也很多，除了以上方法外還有根據(jù)路徑數(shù)量、根據(jù)應(yīng)用場合、根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸方式等其他分類方法。下面將介紹一些典型的路由協(xié)議?！〉湫偷穆酚蓞f(xié)議分析　洪泛路由(Flooding)擴散法(Flooding)[13]是一種傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議，不需要知道網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)和使用任何路由算法，接收到消息的節(jié)點以廣播的形式轉(zhuǎn)發(fā)給所有的鄰居節(jié)點。：源節(jié)點S希望發(fā)送一塊數(shù)據(jù)給節(jié)點D，節(jié)點S首先通過網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)副本傳送給它的每一個鄰居節(jié)點，每一個鄰居節(jié)點又將其傳輸給各自的每一個鄰居節(jié)點，除了剛剛給它們發(fā)送數(shù)據(jù)副本的節(jié)點S外。如此繼續(xù)下去，直到將數(shù)據(jù)傳輸?shù)侥繕斯?jié)點D為止或者為該數(shù)據(jù)所設(shè)定的生命期限（在傳感器網(wǎng)絡(luò)里面通常定義為最大跳數(shù)）變?yōu)榱銥橹够蛘咚泄?jié)點擁有此數(shù)據(jù)副本為止。洪泛路由（Flooding）的優(yōu)點有：第一，實現(xiàn)簡單；第二，不需要為保持網(wǎng)絡(luò)拓撲信息和實現(xiàn)復(fù)雜的路由發(fā)現(xiàn)算法而消耗計算資源；第三，適用于健壯性要求高的場合。洪泛路由（Flooding）的不足在：第一，存在信息爆炸(Implosion)問題，即出現(xiàn)一個節(jié)點可能得到一個數(shù)據(jù)多個副本的現(xiàn)象；第二，出現(xiàn)部分重疊(Overlap)現(xiàn)象，如果處于同一觀測環(huán)境的兩個相鄰?fù)悅鞲衅鞴?jié)點 同時對一個事件作出反應(yīng)，二者采集的數(shù)據(jù)性質(zhì)相同，數(shù)值相近，那么，這兩個節(jié)點的鄰居節(jié)點將收到雙份數(shù)據(jù)副本；第三，盲目使用資源，即擴散法不考慮各節(jié)點能量使用狀況因而無法作出相應(yīng)的自適應(yīng)路由選擇。 Flooding協(xié)議過程　Gossiping路由協(xié)議 Gossiping[13]協(xié)議是對Flooding協(xié)議的改進。為了減少資源的無謂消耗，閑聊法引入了隨機發(fā)送數(shù)據(jù)的方法。在某一個節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)時，不再像洪泛法那樣給它的每個節(jié)點都發(fā)送數(shù)據(jù)副本，而是隨機選擇某個鄰居節(jié)點，向它發(fā)送一份數(shù)據(jù)副本。接到數(shù)據(jù)的節(jié)點采用同樣的方法再隨機選擇一個鄰居節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)，需要注意的是如果一個節(jié)點已收到它的鄰居節(jié)點的數(shù)據(jù)副本，若再次收到，那么它就將此數(shù)據(jù)發(fā)回。這樣，閑聊法可以避免出現(xiàn)信息爆炸問題，但是仍然無法解決部分數(shù)據(jù)交迭現(xiàn)象和盲目使用資源的問題，而且由于采用隨機選擇節(jié)點的方式，使得數(shù)據(jù)傳輸不可能按照最短路徑進行，甚至會出現(xiàn)南轅北轍的現(xiàn)象，所以數(shù)據(jù)傳輸平均時延拉長，傳輸速度變慢，無謂的資源消耗依然很多?！PIN協(xié)議SPIN[21]是最早的以數(shù)據(jù)為中心的自適應(yīng)路由協(xié)議，使用3種類型的信息進行通信，即ADV、REQ、DATA信息。在傳送DATA信息前，傳感器節(jié)點僅廣播包含DATA數(shù)據(jù)描述機制的ADV信息，當接收到相應(yīng)的REQ請求信息時，才有目的地發(fā)送DATA信息。ADV用于新數(shù)據(jù)廣播，當一個節(jié)點有數(shù)據(jù)可共享時，它可用ADV數(shù)據(jù)包(包含元數(shù)據(jù))對外廣播；REQ用于請求發(fā)送數(shù)據(jù)，當一個節(jié)點希望接收DATA數(shù)據(jù)包時，發(fā)送REQ數(shù)據(jù)包；DATA是包含附上元數(shù)據(jù)(metadata header)的傳感器采集的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)包。SPIN協(xié)議避免了擴散法的信息爆炸問題和部分重疊現(xiàn)象，傳感器節(jié)點在傳送數(shù)據(jù)之前彼此進行協(xié)商，協(xié)商制度可確保傳輸有用數(shù)據(jù)。SPIN協(xié)議的缺點是沒有考慮節(jié)能和多種信道條件下的數(shù)據(jù)傳輸問題。因此后續(xù)又提出了SPINPP、SPINEC、SPINRL、SPINBC等在SPIN基礎(chǔ)上改進的路由協(xié)議。SPINPP采用點到點的通信模式，并假定兩節(jié)點間的通信不受其他節(jié)點的干擾，分組不會丟失，功率沒有任何限制。要發(fā)送數(shù)據(jù)的節(jié)點通過ADV向它的相鄰節(jié)點廣播消息，感興趣的節(jié)點通過REQ發(fā)送請求，數(shù)據(jù)源向請求者發(fā)送數(shù)據(jù)。接到數(shù)據(jù)的節(jié)點再向它的鄰居節(jié)點廣播ADV消息如此延續(xù)，使所有節(jié)點都有機會接收到任何數(shù)據(jù)。SPINEC（Energy Control，點到點模式下的節(jié)能路由）是在SPINPP的基礎(chǔ)上考慮了節(jié)點的功耗，只有能夠順利完成所有任務(wù)且能量不低于設(shè)定閾值的節(jié)點才能參與數(shù)據(jù)交換。SPINBC（Broadcast Channel，點到點通信中的廣播通信模式）設(shè)計了廣播信道，使所有的有效半徑內(nèi)的節(jié)點可以同時完成數(shù)據(jù)交換。為了防止產(chǎn)生重復(fù)的REQ請求，節(jié)點聽到ADV消息以后，設(shè)定一個隨機定時器來控制REQ請求的發(fā)送，其他節(jié)點聽到該請求，主動放棄請求權(quán)利。 SPINRL（Route Lossy，點到點通信中的信道衰減模式）是對SPINBC的完善，主要考慮如何恢復(fù)無線鏈路引入的分組差錯與丟失。記錄ADV消息的相關(guān)狀態(tài)，如果在確定時間間隔內(nèi)收不到請求數(shù)據(jù)，則發(fā)送重傳請求，重傳請求的次數(shù)有一定限制。 SPIN協(xié)議過程　DD（Directed Diffusion）定向擴散路由協(xié)議Directed Diffusion[22]是一種以數(shù)據(jù)為中心的路由協(xié)議，與已有的路由協(xié)議有著截然不同的實現(xiàn)機制，其突出特點是引入了梯度來描述網(wǎng)絡(luò)中間節(jié)點對該方向繼續(xù)搜索獲得匹配數(shù)據(jù)的可能性。在Directed Diffusion中，可以對路徑進行修復(fù)。在建立多條數(shù)據(jù)源到Sink節(jié)點的路徑之后，Sink節(jié)點可以選擇增強其中的一條路徑用于數(shù)據(jù)的傳輸，而同時保持另外一條低速數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆窂?。當高速路徑，也就是?jīng)過增強的路徑出現(xiàn)故障時，Sink節(jié)點可以增強低速路徑，保證源節(jié)點到Sink節(jié)點的數(shù)據(jù)傳輸。雖然保持低速路徑的過程需要消耗一些能量，但是在故障時，可以節(jié)省很多能量開銷。對于故障比較頻繁的網(wǎng)絡(luò)，保持一條低速路徑是很有好處的。DD與SPIN的最大區(qū)別：DD采用基于需求的數(shù)據(jù)查詢機制。在DD中，由Sink節(jié)點發(fā)出數(shù)據(jù)查詢請求，而在SPIN中，節(jié)點廣播自己的數(shù)據(jù)，以允許其他節(jié)點來查詢。DD路由協(xié)議的優(yōu)點有：第一，采用多路徑，健壯性好；第二，節(jié)點只需要和鄰居節(jié)點通信，因而不需要全局的地址機制，使用查詢驅(qū)動機制按需建立路由，避免了保存全網(wǎng)信息；第三，每個節(jié)點都可以進行數(shù)據(jù)融合操作，能減少數(shù)據(jù)通信量，節(jié)省能量消耗；第四，sink節(jié)點根據(jù)實際情況采取增強或減弱方式能有效利用能量；第五，節(jié)點不需要維護網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)的發(fā)送是基于需求的，因此它是一個非常節(jié)能的路由協(xié)議。DD路由協(xié)議的缺點有：第一，基于查詢驅(qū)動模型，不適用于環(huán)境監(jiān)測的WSN；第二，梯度的建立開銷很大，不適合多sink點網(wǎng)絡(luò)；第三，數(shù)據(jù)聚合過程采用時間同步技術(shù)，會帶來較大開銷和時延；第四，不同的應(yīng)用中需要定義不同的命名方案，也就是屬性，值對，從而限制了它的應(yīng)用?！umor路由協(xié)議（謠傳路由）Rumor Routing[22]是在Directed Diffusion的基礎(chǔ)上演化而來的。通常情況下，Directed Diffusion協(xié)議需要向整個網(wǎng)絡(luò)廣播興趣，而在某些應(yīng)用中，只有少量的數(shù)據(jù)需要從源節(jié)點傳遞到Sink節(jié)點。在這種情況下，沒有必要向整個網(wǎng)絡(luò)廣播興趣。當WSN中的事件（對應(yīng)著數(shù)據(jù)的傳遞）數(shù)量很少，而查詢（對應(yīng)著興趣的廣播）數(shù)量很多的時候，可以采用廣播事件的方法，以節(jié)省能量的消耗。Rumor Routing是一個介于事件廣播（向整個網(wǎng)絡(luò)廣播事件）和興趣廣播（向整個網(wǎng)絡(luò)廣播興趣）之間的一種路由協(xié)議在多sink點、查詢請求數(shù)目很大、網(wǎng)絡(luò)事件很少的情況下，Rumor協(xié)議較為有效。 但如果事件非常多，維護事件表和收發(fā)Agent帶來的開銷會很大。謠傳路由借鑒了歐式平面圖上任意兩條曲線交叉幾率很大的思想，當一個節(jié)點檢測到一個事件，它將事件增加到該節(jié)點自身保存的表單，稱為事件表。然后產(chǎn)生一個被稱為代理（agent）的生命較長的數(shù)據(jù)包，代理消息沿著隨機路徑向外擴散，同時匯聚節(jié)點發(fā)送的查詢消息也沿隨機路徑在網(wǎng)絡(luò)中傳播。當代理消息和查詢消息的傳輸路徑交叉在一起時，就會形成一條匯聚節(jié)點到事件區(qū)域的完整路徑。謠傳路由協(xié)議的執(zhí)行過程如下：每個傳感器節(jié)點維護一個鄰居列表和一個事件列表。事件列表的每個表項都記錄與事件相關(guān)的信息，包括名稱、到區(qū)域的跳數(shù)和到下一跳鄰居等信息。當傳感器節(jié)點在本地檢測到一個事件時，就在事件列表中增加一個表項，設(shè)置相關(guān)的事件名稱、跳數(shù)等，同時根據(jù)一定的概率產(chǎn)生一個代理消息。代理消息是一個包含生命周期等事件信息的分組，用來攜帶相關(guān)的信息通告給傳輸經(jīng)過的每一個節(jié)點。網(wǎng)絡(luò)的任何節(jié)點都可以對一個特定的事件生成查詢消息。如果節(jié)點的事件列表保存有該事件的相關(guān)表項，說明該節(jié)點在到達事件區(qū)域的路徑上，沿著這條路徑轉(zhuǎn)發(fā)查詢消息。否則，節(jié)點隨機選擇鄰居節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)查詢消息。若查詢消息和代理消息的路徑出現(xiàn)交叉的情況，交叉節(jié)點會沿著查詢消息的反方向?qū)⑹录魉偷讲樵児?jié)點。如果查詢節(jié)點在一段時間內(nèi)沒有收到事件消息，就認為查詢消息并沒有到達事件區(qū)域，可以選擇重傳、放棄或洪泛查詢。謠傳路由與定向擴散路由相比可以有效地減少路由建立過程的開銷，當一個節(jié)點產(chǎn)生對某一節(jié)點的查詢，了解路由信息的節(jié)點可以通過檢查各自的事件表對查詢做出響應(yīng)，而不需要擴散到整個網(wǎng)絡(luò)，從而減少通信成本。另一方面，謠傳路由只維持源節(jié)點到目的節(jié)點之間的一條路徑，不同于定向擴散協(xié)議將數(shù)據(jù)以低傳輸率在多個路徑上路由。但由于謠傳路由使用隨機方式生成路徑，所以數(shù)據(jù)傳輸路徑可能不是最優(yōu)路徑，而且容易形成環(huán)路。　GPSR(Greedy Perimeter Stateless Routing)路由協(xié)議GPSR路由協(xié)議[12]是貪婪算法和圖形算法的結(jié)合，它不需要維護路由表，是一種無狀態(tài)的路由協(xié)議。GPSR協(xié)議默認網(wǎng)絡(luò)中每個節(jié)點都可以通過GPS或者其他其他方法獲取自己的地理位置信息。網(wǎng)絡(luò)初始化時匯聚節(jié)點全網(wǎng)廣