目前國內(nèi)外科研人員已設計了多種面向WSN的路由協(xié)議，將其分為四類：以數(shù)據(jù)為中心的、分層次的、基于位置的、基于數(shù)據(jù)流模型和服務質(zhì)量（QoS）要求的。

　　（1）以數(shù)據(jù)為中心的路由協(xié)議

　　此類路由協(xié)議是基于查詢和目標數(shù)據(jù)命名之上的，通過數(shù)據(jù)融合減少冗余的數(shù)據(jù)傳輸。

　　①Flooding協(xié)議和Gossiping協(xié)議：這是兩個最經(jīng)典和簡單的傳統(tǒng)網(wǎng)絡路由協(xié)議，在Flooding協(xié)議中，節(jié)點產(chǎn)生或收到數(shù)據(jù)后向所有鄰節(jié)點廣播，數(shù)據(jù)包直到過期或到達目的地才停止傳播。該協(xié)議具有嚴重缺陷：內(nèi)爆（implosiON），節(jié)點幾乎同時從鄰節(jié)點收到多份相同數(shù)據(jù)；交疊（overlap），節(jié)點先后收到監(jiān)控同一區(qū)域的多個節(jié)點發(fā)送的幾乎相同的數(shù)據(jù)；資源利用盲目（resource blindness），節(jié)點不考慮自身資源限制，在任何情況下都轉發(fā)數(shù)據(jù)。Gossiping協(xié)議是對Flooding協(xié)議的改進，節(jié)點將產(chǎn)生或收到的數(shù)據(jù)隨機轉發(fā)，避免了內(nèi)爆，但增加了時延。這兩個協(xié)議不需要維護路由信息，也不需要任何算法，簡單但擴展性很差。

　　②SPIN協(xié)議：SPIN（sensor protocols for inf°rmatlon vla negotiation）協(xié)議節(jié)點利用三種消息進行通信：數(shù)據(jù)描述ADV、數(shù)據(jù)請求REQ和數(shù)據(jù)DATA。該協(xié)議以抽象的元數(shù)據(jù)對數(shù)據(jù)進行命名，命名方式?jīng)]有統(tǒng)一標準。節(jié)點產(chǎn)生或收到數(shù)據(jù)后，用包含元數(shù)據(jù)的ADV消息向鄰節(jié)點通告，需要數(shù)據(jù)的鄰節(jié)點用REQ消息提出請求，然后將DATA消息發(fā)送到請求節(jié)點。該協(xié)議的優(yōu)點是ADV消息減輕了內(nèi)爆問題；通過數(shù)據(jù)命名解決了交疊問題；節(jié)點根據(jù)自身資源和應用信息決定是否進行ADV通告，避免了資源利用盲目問題；與Flooding協(xié)議和Gossiping協(xié)議

　　相比，有效地節(jié)約了能量。其缺陷是：SPIN的廣播機制不能保證數(shù)據(jù)的可靠傳送，當產(chǎn)生或收到數(shù)據(jù)的節(jié)點的所有鄰節(jié)點都不需要該數(shù)據(jù)時，將導致數(shù)據(jù)不能繼續(xù)轉發(fā)，以致較遠節(jié)點無法得到數(shù)據(jù)；而當某sink點對任何數(shù)據(jù)都需要時，其周圍節(jié)點的能量容易耗盡。圖1表示了SPIN協(xié)議的路由建立與數(shù)據(jù)傳輸。

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　　圖1 SPIN協(xié)議的路曲建立與數(shù)據(jù)傳輸

　　③定向擴散（directed diffusion，DD）協(xié)議：DD協(xié)議用一組屬性值命名它生成的數(shù)據(jù)。為建立路由，sink節(jié)點在整個網(wǎng)絡或部分區(qū)域內(nèi)flooding包含查詢?nèi)蝿盏腎nterest消息；沿途節(jié)點按需對各Interest進行緩存與合并，并根據(jù)Interest計算、創(chuàng)建包含數(shù)據(jù)上報率、下一跳等信息的梯度（gradient），從而建立多條指向sink點的路徑。Interest中的地理區(qū)域內(nèi)節(jié)點則按要求啟動監(jiān)測任務，并周期性地上報數(shù)據(jù)，途中各節(jié)點可對數(shù)據(jù)進行緩存與聚合；sink點可在數(shù)據(jù)傳輸過程中通過對某條路徑發(fā)送上報間隔更小或更大的Interest，以增強或減弱數(shù)據(jù)上報率。該協(xié)議的優(yōu)點是：采用多路徑，健壯性好；使用數(shù)據(jù)聚合減少了數(shù)據(jù)通信量；sink點根據(jù)實際情況采取增強或減弱方式有效利用能量；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。其缺點是：不適合環(huán)境監(jiān)測等應用；建立梯度開銷很大，不適合多sink點網(wǎng)絡；數(shù)據(jù)聚合采用時間同步技術，帶來較大開銷和時延。圖2表示了Directed Diffusion協(xié)議的路由建立過程。

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　　圖2 Directed Diffusion協(xié)議的路由建立過程

　　④Rumor協(xié)議：Rumor協(xié)議引人了查詢消息的單播隨機轉發(fā)。當節(jié)點監(jiān)測到事件后將其保存，并創(chuàng)建稱為代理（Agent）的生命周期較長的包括事件和源節(jié)點信息的數(shù)據(jù)包，將其按一條或多條隨機路徑在網(wǎng)絡中轉發(fā)，收到Agent的節(jié)點根據(jù)事件和源節(jié)點信息建立反向路徑，并將Agent再次隨機發(fā)送到相鄰節(jié)點，并可在再次發(fā)送前在Agent中增加其已知的事仵信息。同時sink節(jié)點的查詢請求也沿著一條隨機路徑轉發(fā)，當兩路徑交叉時則路由建立；如不交叉，sink點可flooding查詢請求。該協(xié)議優(yōu)點是：適用于多sink點、查詢請求數(shù)目很大、網(wǎng)絡事件很少的情況。其缺點是：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；且因Rumor協(xié)議使用隨機方式生成路徑，數(shù)據(jù)傳輸路徑不是最優(yōu)，甚至可能存在路由環(huán)路問題。圖3表示了Rumor協(xié)議中Agent路徑與查詢路徑的交叉情形。

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　　圖3 謠傳路由原理圖

　　（2）分層次的路由協(xié)議

　　此類路由協(xié)議是讓節(jié)點參與到特定的節(jié)點簇內(nèi)的多跳通信，簇頭再進行數(shù)據(jù)聚合，減少向sink節(jié)點傳送的消息數(shù)量，從而達到節(jié)省能量和提高可擴展性的目的。

　　①低能量自適應聚簇分層（low energy adaptive clustering hierarchy，LEACH）協(xié)議的具體實現(xiàn)過程分兩個階段：成簇階段和穩(wěn)定階段（即數(shù)據(jù)傳輸階段），這兩個階段的時間總和為一輪（round）。在成簇階段，每個節(jié)點選取一個介于0和1之間的隨機數(shù)，如果這個數(shù)小于某個閾值，該節(jié)點成為簇頭；然后，簇頭向所有節(jié)點廣播自己成為簇頭的消息，每個節(jié)點根據(jù)接收到廣播信號的強弱來決定加人哪個簇，并回復該簇簇頭。在數(shù)據(jù)傳輸階段，簇內(nèi)的所有節(jié)點按照TDMA時隙向簇頭發(fā)送數(shù)據(jù)，簇頭將數(shù)據(jù)融合和計算。在簇間，各簇頭節(jié)點采用CSMA協(xié)議競用通道，獲得通道的簇頭將融合的數(shù)據(jù)發(fā)給基站。之后進行下一輪。該協(xié)議優(yōu)點是：隨機選舉簇頭避免簇頭過分消耗能量，提高了網(wǎng)絡生存時間；數(shù)據(jù)聚合有效減少了通信量。其缺點是：協(xié)議采用一跳通信，雖然傳輸時延小，但要求節(jié)點具有較大功率通信能力；擴展性差，不適合大規(guī)模網(wǎng)絡；即使在小規(guī)模網(wǎng)絡中，離sink點較遠的節(jié)點由于采用大功率通信也會導致生存時間較短；而且頻繁簇頭選舉引發(fā)的通信量耗費了能量。

　　②TEEN協(xié)議：節(jié)能的閾值敏感的傳感器網(wǎng)絡協(xié)議（threshold sensitive energy efficient sensor network protocol，TEEN），采用類似LEACH的分簇算法，該協(xié)議設置了硬、軟兩個門限，只有同時滿足兩個門限時節(jié)點才發(fā)送數(shù)據(jù)。硬門限的初值由用戶根據(jù)應用確定；軟門限的初值為0。在每輪簇頭輪換的時候?qū)蓚€閾值廣播出去，當監(jiān)測數(shù)據(jù)第一次超過設置的硬門限時，節(jié)點把這次數(shù)據(jù)設為新的硬門限，并在接下來的時隙內(nèi)發(fā)送它。之后，只有監(jiān)測數(shù)據(jù)超過硬門限并且監(jiān)測數(shù)據(jù)的變化幅度不小于軟門限時，節(jié)點才會傳送最新的監(jiān)測數(shù)據(jù)，并將它設為新的硬門限。通過設定兩個門限值，在檢測精度和系統(tǒng)能耗之間取得合理的平衡。采用這樣的方法，可以監(jiān)視一些突發(fā)事件和熱點地區(qū)，減少網(wǎng)絡通信量。但TEEN存在兩個缺陷：一是如果門限值不能達到，節(jié)點不會傳送任何數(shù)據(jù)；二是數(shù)據(jù)一旦符合門限值要求，節(jié)點立即傳送，容易造成信號干擾，如果采用TDMA，則會造成數(shù)據(jù)延遲。

　　③兩層數(shù)據(jù)發(fā)布（two tler data dissemination，TTDD）協(xié)議：TTDD協(xié)議適用的環(huán)境為靜止傳感區(qū)域內(nèi)的移動sink節(jié)點和多sink節(jié)點的情形。當興趣出現(xiàn)時，周圍的節(jié)點選擇其中一個節(jié)點作為源節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)，源節(jié)點以自己作為一個格狀網(wǎng)的交叉點構造一個格狀網(wǎng)。主要過程是：源節(jié)點先計算出相鄰交叉點位置，利用貪婪算法請求最接近該位置的節(jié)點成為新交叉點，新交叉點繼續(xù)該過程直至請求過期或到達網(wǎng)絡邊緣。保存了事件和源節(jié)點信息的交叉點選作傳輸節(jié)點（dissem－Inatlon node）。數(shù)據(jù)查詢時，sink本地洪泛查詢請求到最近的傳輸節(jié)點，此后查詢請求在傳輸點間傳播直至源節(jié)點，數(shù)據(jù)則反向傳送到sink節(jié)點。

　　該協(xié)議的優(yōu)點是：在傳輸過程中，傳輸節(jié)點對數(shù)據(jù)進行匯聚處理，減少了數(shù)據(jù)的傳輸開銷；該協(xié)議采用單路徑，與Diffusion協(xié)議相比，能夠提高網(wǎng)絡生存時間。缺點是：節(jié)點必須知道自身位置；非sink點位置不能移動；要求節(jié)點密度較大；且子網(wǎng)的構造過于復雜，計算與維護格狀網(wǎng)的開銷較大；算法不具有能量感知功能。

　　（3）基于位置的路由協(xié)議

　　此類路由協(xié)議利用節(jié)點的位置信息，把查詢或者數(shù)據(jù)轉發(fā)給需要的區(qū)域而不是整個網(wǎng)絡，縮減數(shù)據(jù)的傳送范圍進而來降低能耗。此外，設計時考慮了節(jié)點的移動性。

　　①地理自適應保真（geographical adaptive fidelity，GAF）路由協(xié)議：該協(xié)議主要為移動Ad Hoc網(wǎng)絡設計，但是也用在傳感器網(wǎng)絡中。該協(xié)議把監(jiān)測區(qū)域劃分成虛擬單元格，將節(jié)點按照位置信息劃人相應的單元格；在每個單元格中定期選舉產(chǎn)生一個簇頭節(jié)點，只有簇頭節(jié)點保持活動，其他節(jié)點進入睡眠狀態(tài)。在GAF中，節(jié)點輪流從睡眠狀態(tài)變到工作狀態(tài)，達到網(wǎng)絡負載均衡。為了處理節(jié)點的移動性，節(jié)點估算自己離開網(wǎng)格的時間并將之通知相鄰節(jié)點，因而睡眠節(jié)點可以相應調(diào)整睡眠時間，在工作節(jié)點離開本網(wǎng)格之前醒來接替工作，從而保持路由精度。GAF的優(yōu)點是節(jié)點數(shù)量增加可大大提高網(wǎng)絡壽命，同時它解決了節(jié)點移動性的問題。但是GAF的缺陷是在節(jié)點稀疏的情況下的節(jié)能效果不好，而且網(wǎng)格簇頭的選擇是隨機的，沒有考慮節(jié)點剩余能量。

　　②能量感知（geographical and energy aware routmg，GEAR）路由協(xié)議：協(xié)議假設已知事件區(qū)域的位置信息，每個節(jié)點知道自己的位置信息和剩余能量信息，通過一個簡單的Hello消息交換機制知道所有鄰居節(jié)點的位置信息和剩余能量信息。將數(shù)據(jù)分組傳送到目標域中所有的節(jié)點分兩個階段：目標域數(shù)據(jù)傳送和域內(nèi)數(shù)據(jù)傳送。在目標域數(shù)據(jù)傳送階段，當節(jié)點接收到數(shù)據(jù)分組，它將鄰接點同目標域的代價和自己與目標域的代價相比較，代價更小，貝刂選擇最小代價的鄰接點作為下一跳節(jié)點；若不存在更小代價，則認為存在路由空洞“hole”，節(jié)點將根據(jù)鄰居的最小代價來選擇下一跳節(jié)點。在域內(nèi)數(shù)據(jù)傳送階段，可通過域內(nèi)直接洪泛和迭代的目標域數(shù)據(jù)傳送這兩種方式讓數(shù)據(jù)在域內(nèi)擴散直到目標域剩下唯一的節(jié)點。GEAR的優(yōu)點是：它將網(wǎng)絡中擴散的信息局限到適當?shù)奈恢脜^(qū)域中，減少了中間節(jié)點的數(shù)量，從而降低了路由建立和數(shù)據(jù)傳送的能源開銷，進而更有效地提高了網(wǎng)絡的生命周期。其缺點是依賴節(jié)點的GPS定位信息，成本較高。

　　（4）提供數(shù)據(jù)流和服務質(zhì)量保障的路由協(xié)議

　　此類協(xié)議在提供數(shù)據(jù)路由功能的同時滿足通信服務質(zhì)量要求，建立路由路徑的同時考慮端對端的時延要求。

　　①有序分配路由策略（sequential asstgnment routmg，SAR）：SAR是首先在路由判決中將QoS考慮進去的WSNs路由協(xié)議。SAR在每個節(jié)點與sink節(jié)點間生成多條路徑，維護多個樹結構，每個樹以落在sink的有效傳輸半徑內(nèi)的節(jié)點為根向外生長，樹干的選擇需要滿足一定的QoS要求和能量儲各。這樣使大多數(shù)節(jié)點可能同時屬于多個樹，可任選某一采集樹回到sink。為了防止一些節(jié)點的死亡而導致網(wǎng)絡拓撲結構的變化，sink會定期發(fā)起路徑重建命令來保證網(wǎng)絡的連通性。同時，SAR使用本地路徑恢復機制的握手過程及增強路由表中每條路徑上下行數(shù)據(jù)流的連通性來恢復錯誤。SAR的一個突出的優(yōu)點是綜合考慮了能效和QoS。雖然節(jié)點到Sink的多條路徑增強了SAR的容錯和恢復能力，但也增加了維護路由表及每個節(jié)點的狀態(tài)表的開銷，尤其在節(jié)點數(shù)目較大的時候。

　　②SPEED協(xié)議：這是一個實時路由協(xié)議。SPEED中的每個節(jié)點記錄所有鄰節(jié)點的位置信息和轉發(fā)速度，并設定一個速度門限，當節(jié)點接收到一個數(shù)據(jù)包時，根據(jù)這個數(shù)據(jù)包的目的位置把相鄰節(jié)點中距離目的位置比該節(jié)點近的所有節(jié)點劃分為轉發(fā)節(jié)點候選集合，然后把轉發(fā)節(jié)點候選集合中轉發(fā)速度高于速度門限的節(jié)點劃分為轉發(fā)節(jié)點集合，在這個集合中轉發(fā)速度越高的節(jié)點被選為轉發(fā)節(jié)點的幾率越大。如果沒有節(jié)點屬于這個集合則利用反饋機制重新路由。該協(xié)議的優(yōu)點是：在一定程度上實現(xiàn)了端到端的傳輸速率倮證、網(wǎng)絡擁塞控制以及負載平衡機制。其缺點是：路由的過程沒有考慮在多條路徑上傳輸以提高平均壽命，傳輸?shù)膱笪臎]有優(yōu)先級機制。

　　平面路由協(xié)議的突出特點是可擴展性較差，由于無線傳感器網(wǎng)絡通常由密集分布在一定區(qū)域（如一片林區(qū)）的成百上千甚至數(shù)萬個傳感器節(jié)點構成，因此網(wǎng)絡規(guī)模非常大，不能直接采用可擴展性差的平面路由協(xié)議。相反，分簇路由協(xié)議由于可擴展性好，能滿足大型無線傳感器網(wǎng)絡的需求。

　　對于已有的路由方面研究成果而言，無論是平面路由還是分簇路由，其共同的缺點是通常只考慮能量約束。盡管節(jié)能是無線傳感器網(wǎng)絡的一個關鍵問題，但在設計路由協(xié)議時單純只考慮節(jié)能問題是遠不夠的。隨著傳感器網(wǎng)絡應用范圍的迅速擴大和支持圖像傳送的新型傳感器的應用，要求傳感器網(wǎng)絡不僅能傳送數(shù)據(jù)業(yè)務，同時需要傳輸具有QoS要求的圖像業(yè)務。同時，不同的傳感數(shù)據(jù)的重要性和緊急性也不同，如傳送火警的數(shù)據(jù)比溫度數(shù)據(jù)更緊急，對傳送的服務質(zhì)量要求也更高。所有這些都要求傳感器網(wǎng)絡的路由協(xié)議不僅需要考慮可擴展性、節(jié)能等問題，同時需要具有QoS保證功能，另外，安全性也是路由協(xié)議需要考慮的一個重要方面，因為錯誤的路由信息會使傳感數(shù)據(jù)不能到達接收節(jié)點，大量非法的路由信息甚至可能導致整個傳感器網(wǎng)絡的癱瘓。因此，需要進一步研究具有可擴展性好、提供QoS保證和良好的安全性的分簇路由協(xié)議。

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