目前國內(nèi)外科研人員已設(shè)計(jì)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(wù)質(zhì)量（QoS）要求的。

　?。?）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(biāo)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。

　?、貴looding協(xié)議和Gossiping協(xié)議：這是兩個(gè)最經(jīng)典和簡單的傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議，在Flooding協(xié)議中，節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生或收到數(shù)據(jù)后向所有鄰節(jié)點(diǎn)廣播，數(shù)據(jù)包直到過期或到達(dá)目的地才停止傳播。該協(xié)議具有嚴(yán)重缺陷：內(nèi)爆（implosiON），節(jié)點(diǎn)幾乎同時(shí)從鄰節(jié)點(diǎn)收到多份相同數(shù)據(jù)；交疊（overlap），節(jié)點(diǎn)先后收到監(jiān)控同一區(qū)域的多個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的幾乎相同的數(shù)據(jù)；資源利用盲目（resource blindness），節(jié)點(diǎn)不考慮自身資源限制，在任何情況下都轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。Gossiping協(xié)議是對Flooding協(xié)議的改進(jìn)，節(jié)點(diǎn)將產(chǎn)生或收到的數(shù)據(jù)隨機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)，避免了內(nèi)爆，但增加了時(shí)延。這兩個(gè)協(xié)議不需要維護(hù)路由信息，也不需要任何算法，簡單但擴(kuò)展性很差。

　　②SPIN協(xié)議：SPIN（sensor protocols for inf°rmatlon vla negotiation）協(xié)議節(jié)點(diǎn)利用三種消息進(jìn)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(jìn)行命名，命名方式?jīng)]有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。節(jié)點(diǎn)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(diǎn)通告，需要數(shù)據(jù)的鄰節(jié)點(diǎn)用REQ消息提出請求，然后將DATA消息發(fā)送到請求節(jié)點(diǎn)。該協(xié)議的優(yōu)點(diǎn)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(diǎn)根據(jù)自身資源和應(yīng)用信息決定是否進(jìn)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(jī)制不能保證數(shù)據(jù)的可靠傳送，當(dāng)產(chǎn)生或收到數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)的所有鄰節(jié)點(diǎn)都不需要該數(shù)據(jù)時(shí)，將導(dǎo)致數(shù)據(jù)不能繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)，以致較遠(yuǎn)節(jié)點(diǎn)無法得到數(shù)據(jù)；而當(dāng)某sink點(diǎn)對任何數(shù)據(jù)都需要時(shí)，其周圍節(jié)點(diǎn)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

　?、鄱ㄏ驍U(kuò)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(diǎn)在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)或部分區(qū)域內(nèi)flooding包含查詢?nèi)蝿?wù)的Interest消息；沿途節(jié)點(diǎn)按需對各Interest進(jìn)行緩存與合并，并根據(jù)Interest計(jì)算、創(chuàng)建包含數(shù)據(jù)上報(bào)率、下一跳等信息的梯度（gradient），從而建立多條指向sink點(diǎn)的路徑。Interest中的地理區(qū)域內(nèi)節(jié)點(diǎn)則按要求啟動監(jiān)測任務(wù)，并周期性地上報(bào)數(shù)據(jù)，途中各節(jié)點(diǎn)可對數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存與聚合；sink點(diǎn)可在數(shù)據(jù)傳輸過程中通過對某條路徑發(fā)送上報(bào)間隔更小或更大的Interest，以增強(qiáng)或減弱數(shù)據(jù)上報(bào)率。該協(xié)議的優(yōu)點(diǎn)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(diǎn)根據(jù)實(shí)際情況采取增強(qiáng)或減弱方式有效利用能量；使用查詢驅(qū)動機(jī)制按需建立路由，避免了保存全網(wǎng)信息。其缺點(diǎn)是：不適合環(huán)境監(jiān)測等應(yīng)用；建立梯度開銷很大，不適合多sink點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)；數(shù)據(jù)聚合采用時(shí)間同步技術(shù)，帶來較大開銷和時(shí)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

　?、躌umor協(xié)議：Rumor協(xié)議引人了查詢消息的單播隨機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)。當(dāng)節(jié)點(diǎn)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(diǎn)信息的數(shù)據(jù)包，將其按一條或多條隨機(jī)路徑在網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)發(fā)，收到Agent的節(jié)點(diǎn)根據(jù)事件和源節(jié)點(diǎn)信息建立反向路徑，并將Agent再次隨機(jī)發(fā)送到相鄰節(jié)點(diǎn)，并可在再次發(fā)送前在Agent中增加其已知的事仵信息。同時(shí)sink節(jié)點(diǎn)的查詢請求也沿著一條隨機(jī)路徑轉(zhuǎn)發(fā)，當(dāng)兩路徑交叉時(shí)則路由建立；如不交叉，sink點(diǎn)可flooding查詢請求。該協(xié)議優(yōu)點(diǎn)是：適用于多sink點(diǎn)、查詢請求數(shù)目很大、網(wǎng)絡(luò)事件很少的情況。其缺點(diǎn)是：如果事件非常多，維護(hù)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(jī)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

　?。?）分層次的路由協(xié)議

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

　?、俚湍芰孔赃m應(yīng)聚簇分層（low energy adaptive clustering hierarchy，LEACH）協(xié)議的具體實(shí)現(xiàn)過程分兩個(gè)階段：成簇階段和穩(wěn)定階段（即數(shù)據(jù)傳輸階段），這兩個(gè)階段的時(shí)間總和為一輪（round）。在成簇階段，每個(gè)節(jié)點(diǎn)選取一個(gè)介于0和1之間的隨機(jī)數(shù)，如果這個(gè)數(shù)小于某個(gè)閾值，該節(jié)點(diǎn)成為簇頭；然后，簇頭向所有節(jié)點(diǎn)廣播自己成為簇頭的消息，每個(gè)節(jié)點(diǎn)根據(jù)接收到廣播信號的強(qiáng)弱來決定加人哪個(gè)簇，并回復(fù)該簇簇頭。在數(shù)據(jù)傳輸階段，簇內(nèi)的所有節(jié)點(diǎn)按照TDMA時(shí)隙向簇頭發(fā)送數(shù)據(jù)，簇頭將數(shù)據(jù)融合和計(jì)算。在簇間，各簇頭節(jié)點(diǎn)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(jìn)行下一輪。該協(xié)議優(yōu)點(diǎn)是：隨機(jī)選舉簇頭避免簇頭過分消耗能量，提高了網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間；數(shù)據(jù)聚合有效減少了通信量。其缺點(diǎn)是：協(xié)議采用一跳通信，雖然傳輸時(shí)延小，但要求節(jié)點(diǎn)具有較大功率通信能力；擴(kuò)展性差，不適合大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)；即使在小規(guī)模網(wǎng)絡(luò)中，離sink點(diǎn)較遠(yuǎn)的節(jié)點(diǎn)由于采用大功率通信也會導(dǎo)致生存時(shí)間較短；而且頻繁簇頭選舉引發(fā)的通信量耗費(fèi)了能量。

　?、赥EEN協(xié)議：節(jié)能的閾值敏感的傳感器網(wǎng)絡(luò)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(shè)置了硬、軟兩個(gè)門限，只有同時(shí)滿足兩個(gè)門限時(shí)節(jié)點(diǎn)才發(fā)送數(shù)據(jù)。硬門限的初值由用戶根據(jù)應(yīng)用確定；軟門限的初值為0。在每輪簇頭輪換的時(shí)候?qū)蓚€(gè)閾值廣播出去，當(dāng)監(jiān)測數(shù)據(jù)第一次超過設(shè)置的硬門限時(shí)，節(jié)點(diǎn)把這次數(shù)據(jù)設(shè)為新的硬門限，并在接下來的時(shí)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(shí)，節(jié)點(diǎn)才會傳送最新的監(jiān)測數(shù)據(jù)，并將它設(shè)為新的硬門限。通過設(shè)定兩個(gè)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(diǎn)地區(qū)，減少網(wǎng)絡(luò)通信量。但TEEN存在兩個(gè)缺陷：一是如果門限值不能達(dá)到，節(jié)點(diǎn)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(diǎn)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。

　?、蹆蓪訑?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(diǎn)和多sink節(jié)點(diǎn)的情形。當(dāng)興趣出現(xiàn)時(shí)，周圍的節(jié)點(diǎn)選擇其中一個(gè)節(jié)點(diǎn)作為源節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)，源節(jié)點(diǎn)以自己作為一個(gè)格狀網(wǎng)的交叉點(diǎn)構(gòu)造一個(gè)格狀網(wǎng)。主要過程是：源節(jié)點(diǎn)先計(jì)算出相鄰交叉點(diǎn)位置，利用貪婪算法請求最接近該位置的節(jié)點(diǎn)成為新交叉點(diǎn)，新交叉點(diǎn)繼續(xù)該過程直至請求過期或到達(dá)網(wǎng)絡(luò)邊緣。保存了事件和源節(jié)點(diǎn)信息的交叉點(diǎn)選作傳輸節(jié)點(diǎn)（dissem－Inatlon node）。數(shù)據(jù)查詢時(shí)，sink本地洪泛查詢請求到最近的傳輸節(jié)點(diǎn)，此后查詢請求在傳輸點(diǎn)間傳播直至源節(jié)點(diǎn)，數(shù)據(jù)則反向傳送到sink節(jié)點(diǎn)。

　　該協(xié)議的優(yōu)點(diǎn)是：在傳輸過程中，傳輸節(jié)點(diǎn)對數(shù)據(jù)進(jìn)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(luò)生存時(shí)間。缺點(diǎn)是：節(jié)點(diǎn)必須知道自身位置；非sink點(diǎn)位置不能移動；要求節(jié)點(diǎn)密度較大；且子網(wǎng)的構(gòu)造過于復(fù)雜，計(jì)算與維護(hù)格狀網(wǎng)的開銷較大；算法不具有能量感知功能。

　?。?）基于位置的路由協(xié)議

　　此類路由協(xié)議利用節(jié)點(diǎn)的位置信息，把查詢或者數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給需要的區(qū)域而不是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，縮減數(shù)據(jù)的傳送范圍進(jìn)而來降低能耗。此外，設(shè)計(jì)時(shí)考慮了節(jié)點(diǎn)的移動性。

　　①地理自適應(yīng)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(luò)設(shè)計(jì)，但是也用在傳感器網(wǎng)絡(luò)中。該協(xié)議把監(jiān)測區(qū)域劃分成虛擬單元格，將節(jié)點(diǎn)按照位置信息劃人相應(yīng)的單元格；在每個(gè)單元格中定期選舉產(chǎn)生一個(gè)簇頭節(jié)點(diǎn)，只有簇頭節(jié)點(diǎn)保持活動，其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)入睡眠狀態(tài)。在GAF中，節(jié)點(diǎn)輪流從睡眠狀態(tài)變到工作狀態(tài)，達(dá)到網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡。為了處理節(jié)點(diǎn)的移動性，節(jié)點(diǎn)估算自己離開網(wǎng)格的時(shí)間并將之通知相鄰節(jié)點(diǎn)，因而睡眠節(jié)點(diǎn)可以相應(yīng)調(diào)整睡眠時(shí)間，在工作節(jié)點(diǎn)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(diǎn)是節(jié)點(diǎn)數(shù)量增加可大大提高網(wǎng)絡(luò)壽命，同時(shí)它解決了節(jié)點(diǎn)移動性的問題。但是GAF的缺陷是在節(jié)點(diǎn)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(jī)的，沒有考慮節(jié)點(diǎn)剩余能量。

　?、谀芰扛兄╣eographical and energy aware routmg，GEAR）路由協(xié)議：協(xié)議假設(shè)已知事件區(qū)域的位置信息，每個(gè)節(jié)點(diǎn)知道自己的位置信息和剩余能量信息，通過一個(gè)簡單的Hello消息交換機(jī)制知道所有鄰居節(jié)點(diǎn)的位置信息和剩余能量信息。將數(shù)據(jù)分組傳送到目標(biāo)域中所有的節(jié)點(diǎn)分兩個(gè)階段：目標(biāo)域數(shù)據(jù)傳送和域內(nèi)數(shù)據(jù)傳送。在目標(biāo)域數(shù)據(jù)傳送階段，當(dāng)節(jié)點(diǎn)接收到數(shù)據(jù)分組，它將鄰接點(diǎn)同目標(biāo)域的代價(jià)和自己與目標(biāo)域的代價(jià)相比較，代價(jià)更小，貝刂選擇最小代價(jià)的鄰接點(diǎn)作為下一跳節(jié)點(diǎn)；若不存在更小代價(jià)，則認(rèn)為存在路由空洞“hole”，節(jié)點(diǎn)將根據(jù)鄰居的最小代價(jià)來選擇下一跳節(jié)點(diǎn)。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(biāo)域數(shù)據(jù)傳送這兩種方式讓數(shù)據(jù)在域內(nèi)擴(kuò)散直到目標(biāo)域剩下唯一的節(jié)點(diǎn)。GEAR的優(yōu)點(diǎn)是：它將網(wǎng)絡(luò)中擴(kuò)散的信息局限到適當(dāng)?shù)奈恢脜^(qū)域中，減少了中間節(jié)點(diǎn)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(jìn)而更有效地提高了網(wǎng)絡(luò)的生命周期。其缺點(diǎn)是依賴節(jié)點(diǎn)的GPS定位信息，成本較高。

　?。?）提供數(shù)據(jù)流和服務(wù)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(shí)滿足通信服務(wù)質(zhì)量要求，建立路由路徑的同時(shí)考慮端對端的時(shí)延要求。

　?、儆行蚍峙渎酚刹呗裕╯equential asstgnment routmg，SAR）：SAR是首先在路由判決中將QoS考慮進(jìn)去的WSNs路由協(xié)議。SAR在每個(gè)節(jié)點(diǎn)與sink節(jié)點(diǎn)間生成多條路徑，維護(hù)多個(gè)樹結(jié)構(gòu)，每個(gè)樹以落在sink的有效傳輸半徑內(nèi)的節(jié)點(diǎn)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(diǎn)可能同時(shí)屬于多個(gè)樹，可任選某一采集樹回到sink。為了防止一些節(jié)點(diǎn)的死亡而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化，sink會定期發(fā)起路徑重建命令來保證網(wǎng)絡(luò)的連通性。同時(shí)，SAR使用本地路徑恢復(fù)機(jī)制的握手過程及增強(qiáng)路由表中每條路徑上下行數(shù)據(jù)流的連通性來恢復(fù)錯(cuò)誤。SAR的一個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)是綜合考慮了能效和QoS。雖然節(jié)點(diǎn)到Sink的多條路徑增強(qiáng)了SAR的容錯(cuò)和恢復(fù)能力，但也增加了維護(hù)路由表及每個(gè)節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)表的開銷，尤其在節(jié)點(diǎn)數(shù)目較大的時(shí)候。

　?、赟PEED協(xié)議：這是一個(gè)實(shí)時(shí)路由協(xié)議。SPEED中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)記錄所有鄰節(jié)點(diǎn)的位置信息和轉(zhuǎn)發(fā)速度，并設(shè)定一個(gè)速度門限，當(dāng)節(jié)點(diǎn)接收到一個(gè)數(shù)據(jù)包時(shí)，根據(jù)這個(gè)數(shù)據(jù)包的目的位置把相鄰節(jié)點(diǎn)中距離目的位置比該節(jié)點(diǎn)近的所有節(jié)點(diǎn)劃分為轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)候選集合，然后把轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)候選集合中轉(zhuǎn)發(fā)速度高于速度門限的節(jié)點(diǎn)劃分為轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)集合，在這個(gè)集合中轉(zhuǎn)發(fā)速度越高的節(jié)點(diǎn)被選為轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)的幾率越大。如果沒有節(jié)點(diǎn)屬于這個(gè)集合則利用反饋機(jī)制重新路由。該協(xié)議的優(yōu)點(diǎn)是：在一定程度上實(shí)現(xiàn)了端到端的傳輸速率倮證、網(wǎng)絡(luò)擁塞控制以及負(fù)載平衡機(jī)制。其缺點(diǎn)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?bào)文沒有優(yōu)先級機(jī)制。

　　平面路由協(xié)議的突出特點(diǎn)是可擴(kuò)展性較差，由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)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(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，因此網(wǎng)絡(luò)規(guī)模非常大，不能直接采用可擴(kuò)展性差的平面路由協(xié)議。相反，分簇路由協(xié)議由于可擴(kuò)展性好，能滿足大型無線傳感器網(wǎng)絡(luò)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(diǎn)是通常只考慮能量約束。盡管節(jié)能是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)關(guān)鍵問題，但在設(shè)計(jì)路由協(xié)議時(shí)單純只考慮節(jié)能問題是遠(yuǎn)不夠的。隨著傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用范圍的迅速擴(kuò)大和支持圖像傳送的新型傳感器的應(yīng)用，要求傳感器網(wǎng)絡(luò)不僅能傳送數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，同時(shí)需要傳輸具有QoS要求的圖像業(yè)務(wù)。同時(shí)，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(wù)質(zhì)量要求也更高。所有這些都要求傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議不僅需要考慮可擴(kuò)展性、節(jié)能等問題，同時(shí)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(gè)重要方面，因?yàn)殄e(cuò)誤的路由信息會使傳感數(shù)據(jù)不能到達(dá)接收節(jié)點(diǎn)，大量非法的路由信息甚至可能導(dǎo)致整個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò)的癱瘓。因此，需要進(jìn)一步研究具有可擴(kuò)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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