無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議(共11頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)有路由協(xié)議、MAC協(xié)議、拓?fù)淇刂啤⒍ㄎ患夹g(shù)等。路由協(xié)議：數(shù)據(jù)包的傳送需要通過多跳通信方式到達(dá)目的端，因此路由選擇算法是網(wǎng)絡(luò)層設(shè)計(jì)的一個(gè)主要任務(wù)。路由協(xié)議主要負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)分組從源節(jié)點(diǎn)通過網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)到目的節(jié)點(diǎn)，它主要包括兩個(gè)方面的功能：1.尋找源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)間的優(yōu)化路徑。2.將數(shù)據(jù)分組沿著優(yōu)化路徑正確轉(zhuǎn)發(fā)。無線傳感器與傳統(tǒng)的無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議不同之處，它受到能量消耗的制約，并且只能獲取到局部拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的信息，由于這兩個(gè)原因，無線傳感器的路由協(xié)議要能夠在局部網(wǎng)絡(luò)信息的基礎(chǔ)上選擇合適路徑。傳感器由于它很強(qiáng)的應(yīng)用相關(guān)性，不同應(yīng)用中的路由協(xié)議差別很大，沒有通用的路由

2、協(xié)議。無線路由器的路由協(xié)議應(yīng)具備以下特點(diǎn)：（1） 能量優(yōu)先。需要考慮到節(jié)點(diǎn)的能量消耗以及網(wǎng)絡(luò)能量均衡使用的問題。（2） 基于局部拓?fù)湫畔ⅰSN為了節(jié)省通信能量，通常采用多跳的通信模式，因此節(jié)點(diǎn)如何在只能獲取到局部拓?fù)湫畔⒑唾Y源有限的情況下實(shí)現(xiàn)簡單高效的路由機(jī)制，這是WSN的一個(gè)基本問題。（3） 以數(shù)據(jù)為中心。傳統(tǒng)路由協(xié)議通常以地址作為節(jié)點(diǎn)的標(biāo)識(shí)和路由的依據(jù)，而WSN由于節(jié)點(diǎn)的隨機(jī)分布，所關(guān)注的是監(jiān)測(cè)區(qū)域的感知數(shù)據(jù)，而不是具體哪個(gè)節(jié)點(diǎn)獲取的信息，要形成以數(shù)據(jù)為中心的消息轉(zhuǎn)發(fā)路徑。（4） 應(yīng)用相關(guān)。設(shè)計(jì)者需要針對(duì)每一個(gè)具體應(yīng)用的需求，設(shè)計(jì)與之適應(yīng)的特定路由機(jī)制?，F(xiàn)介紹幾種常見的路由協(xié)議（平面路由

3、協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)分層路由協(xié)議、地理定位輔助路由協(xié)議）：一、平面路由協(xié)議平面路由協(xié)議中，邏輯結(jié)構(gòu)時(shí)平面結(jié)構(gòu)，節(jié)點(diǎn)間地位平等，通過局部操作和反饋信息來生成路由。當(dāng)匯聚點(diǎn)向某些區(qū)域發(fā)送查詢并等待來自于這些區(qū)域內(nèi)傳感器所采集的相關(guān)數(shù)據(jù)，其中的數(shù)據(jù)不能采用全局統(tǒng)一的ID，而是要采用基于屬性的命名機(jī)制進(jìn)行描述。平面路由的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、魯棒性（即路由機(jī)制的容錯(cuò)能力）較好，缺點(diǎn)是缺乏對(duì)通信資源的優(yōu)化管理，對(duì)網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)變化的反應(yīng)速度較慢。其中典型的平面路由協(xié)議有以下幾種：1.1.洪泛式路由（Flooding）：這是一種傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信路由協(xié)議。這種算法不要求維護(hù)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和相關(guān)路由的計(jì)算，僅要求接受到信息的節(jié)點(diǎn)以廣

4、播形式轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。例如：S節(jié)點(diǎn)要傳送一段數(shù)據(jù)給D節(jié)點(diǎn)，它需要通過網(wǎng)絡(luò)將副本傳送給它每一個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)，一直到傳送到節(jié)點(diǎn)D為止或者為該數(shù)據(jù)所設(shè)定的生存期限為零為止。優(yōu)點(diǎn)在于：實(shí)現(xiàn)簡單；不需要為保持網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔⒑蛯?shí)現(xiàn)復(fù)雜路由發(fā)現(xiàn)算法消耗計(jì)算資源；適用于魯棒性較高的場(chǎng)合。但同時(shí)也有相應(yīng)的缺點(diǎn)：一個(gè)節(jié)點(diǎn)可能得到一個(gè)數(shù)據(jù)的多個(gè)副本；存在部分重疊，如果相鄰節(jié)點(diǎn)同時(shí)對(duì)某件事作出反應(yīng)，則兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)將收到兩份數(shù)據(jù)副本；盲目使用資源，無法作出自適應(yīng)的路由選擇。為克服Flooding算法這些固有的缺陷，S.Hedetniemi等人提出閑聊式（Gossiping）策略。這種算法采用隨機(jī)性原則，即節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)不再

5、采用廣播形式，而是隨機(jī)選取一個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)它接收到的數(shù)據(jù)副本（避免了消息爆炸的結(jié)果）。圖1 洪泛式路由機(jī)制 圖2 gossiping路由機(jī)制1.2.SPIN路由：SPIN是一組基于協(xié)商并且具有能量自適應(yīng)功能的信息傳播協(xié)議。它有如下兩個(gè)特點(diǎn)：（1）每個(gè)節(jié)點(diǎn)在發(fā)送數(shù)據(jù)前需要通過協(xié)商來確定其他節(jié)點(diǎn)是否需要該數(shù)據(jù)，同時(shí)每個(gè)節(jié)點(diǎn)通過元數(shù)據(jù)（meta-data）來確定接受數(shù)據(jù)中是否有重復(fù)信息的存在。（2）網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)必須實(shí)時(shí)監(jiān)控本地能源消耗，根據(jù)能量等級(jí)改變工作模式來延長節(jié)點(diǎn)自身和整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行時(shí)間。SPIN在運(yùn)行過程中節(jié)點(diǎn)使用3種類型的信息進(jìn)行通信，即ADV、REQ和DATA信息。ADV用于新數(shù)據(jù)廣播。當(dāng)

6、一個(gè)節(jié)點(diǎn)有數(shù)據(jù)可共享時(shí)，它以廣播方式向外發(fā)送DATA數(shù)據(jù)包中的元數(shù)據(jù)。REQ用于請(qǐng)求發(fā)送數(shù)據(jù)。當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)希望接受DATA數(shù)據(jù)包時(shí)，發(fā)送REQ數(shù)據(jù)包。DATA包含附上元數(shù)據(jù)頭（meta-header）的實(shí)際數(shù)據(jù)包。SPIN協(xié)商過程采用3次握手方式。Step1：運(yùn)行SPIN協(xié)議的源節(jié)點(diǎn)在傳送DATA信息前，首先向相鄰節(jié)點(diǎn)廣播包含DATA數(shù)據(jù)描述機(jī)制的ADV信息。Step2：需要該DATA信息的鄰居節(jié)點(diǎn)，向信息源發(fā)送REQ請(qǐng)求信息。Step3：源節(jié)點(diǎn)根據(jù)接受到得REQ信息，有選擇地將DATA信息發(fā)送給相應(yīng)的鄰居節(jié)點(diǎn)，如下圖3所示。收到DATA數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)可作為信息源敬愛那個(gè)DATA信息傳播到網(wǎng)絡(luò)中的其

7、他節(jié)點(diǎn)。圖3 SPIN路由機(jī)制該協(xié)議除了提供數(shù)據(jù)傳輸過程中得協(xié)商機(jī)制，還引用了基于闔值的能量值適應(yīng)機(jī)制。它要求每個(gè)節(jié)點(diǎn)都提供對(duì)其自身的能量管理功能以便跟蹤能源的能耗狀況。當(dāng)節(jié)點(diǎn)的剩余能量開始接近低能量闔值，節(jié)點(diǎn)便減少在協(xié)議中得參與行為。這種協(xié)商機(jī)制和能量自適應(yīng)機(jī)制的SPIN協(xié)議能夠很好地解決傳統(tǒng)的Flooding和Gossiping協(xié)議所帶來的信息爆炸、信息重復(fù)和資源浪費(fèi)等問題。SPIN協(xié)議的缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)廣告機(jī)制（ADV）不能保證數(shù)據(jù)的可靠傳遞，因此對(duì)于入侵發(fā)現(xiàn)等需要在定期間隔內(nèi)可靠傳遞數(shù)據(jù)的應(yīng)用系統(tǒng)來說，SPIN并不是一個(gè)很好的選擇。1.3.DD路由：定向擴(kuò)散模型DD（Directed Dif

8、fusion）是一種以數(shù)據(jù)為中心的信息傳播協(xié)議,運(yùn)行DD的傳感器節(jié)點(diǎn)使用基于屬性的命名機(jī)制來描述該數(shù)據(jù)（如圖4所示）。其中，定向擴(kuò)散算法在運(yùn)行過程中包括以下3個(gè)基本過程，即路徑建立階段、數(shù)據(jù)發(fā)送階段和增強(qiáng)路徑階段。路徑建立階段：匯聚點(diǎn)以廣播、多跳的方式向網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)發(fā)布命令信息，命令信息用含有任務(wù)類型、數(shù)據(jù)發(fā)送速率、時(shí)間戳等參數(shù)的興趣描述。每個(gè)節(jié)點(diǎn)通過記錄獲取到興趣的相應(yīng)鄰居節(jié)點(diǎn)、數(shù)據(jù)速率和時(shí)間戳等來建立梯度。數(shù)據(jù)發(fā)送階段：當(dāng)節(jié)點(diǎn)采集到匹配查詢的數(shù)據(jù)時(shí)，通過梯度路徑發(fā)向匯聚點(diǎn)。中間節(jié)點(diǎn)利用本地化規(guī)則實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的融合。增強(qiáng)路徑階段：匯聚點(diǎn)在收到這些低速率數(shù)據(jù)后，向數(shù)據(jù)到達(dá)最快的鄰居節(jié)點(diǎn)發(fā)送增強(qiáng)消

9、息，增強(qiáng)消息表示匯聚節(jié)點(diǎn)要求高速率發(fā)送數(shù)據(jù)。相應(yīng)鄰居節(jié)點(diǎn)按照同樣地方式，依次傳遞增強(qiáng)信息給其鄰居節(jié)點(diǎn)，直到到達(dá)數(shù)據(jù)源，從而構(gòu)建數(shù)據(jù)發(fā)送的主路徑，數(shù)據(jù)以后就通過路徑發(fā)送給匯聚點(diǎn)。在DD協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)能夠利用選取的最優(yōu)路徑的緩存來實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。緩存技術(shù)能夠提高傳感器節(jié)點(diǎn)間的有效性、魯棒性和協(xié)作的可擴(kuò)展性，這也就是DD模式的本質(zhì)。DD算法在WSN路由協(xié)議研究中的一個(gè)里程碑，其中最大的特點(diǎn)就是引入了網(wǎng)絡(luò)梯度概念。DD算法的優(yōu)點(diǎn)是：仿真結(jié)果分析說明，網(wǎng)絡(luò)梯度與本地化算法相結(jié)合應(yīng)用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由，可以很好地滿足WSN對(duì)節(jié)能、魯棒性以及可擴(kuò)展性的需求。缺點(diǎn)是：它不適用于環(huán)境監(jiān)控這類要求連續(xù)傳遞

10、數(shù)據(jù)的系統(tǒng)；選擇與查詢相匹配的數(shù)據(jù)會(huì)使傳感器節(jié)點(diǎn)消耗更多的能量。圖4 DD路由機(jī)制1.4.HREEMR路由：HREEMR是定向擴(kuò)散路由機(jī)制的基礎(chǔ)上提出的，目的是通過維護(hù)多條可用路徑來提高路由的可靠性。該協(xié)議在運(yùn)行期間采用與DD相同的本地化算法建立源節(jié)點(diǎn)和匯聚點(diǎn)間最優(yōu)路徑p，同時(shí)為了保障p發(fā)生失效時(shí)協(xié)議仍能正常運(yùn)行構(gòu)建多條與p不想交的冗余路徑（為了避免主路徑失效的現(xiàn)象發(fā)生而采取的應(yīng)急措施）。HREEMR協(xié)議提出了不相交多路徑和纏繞多路徑兩種不同的多路徑機(jī)制。（1）不相交路徑：在匯聚點(diǎn)發(fā)送增強(qiáng)消息建立主路徑p后，匯聚點(diǎn)發(fā)送次優(yōu)路徑增強(qiáng)消息給次節(jié)點(diǎn)A，節(jié)點(diǎn)A選擇最優(yōu)節(jié)點(diǎn)B把次優(yōu)路徑增強(qiáng)消息傳遞下去。

11、如果B在主路徑p上，則B發(fā)回否定增強(qiáng)消息給A，A在向另外的次優(yōu)節(jié)點(diǎn)傳遞次優(yōu)路徑增強(qiáng)信息；相反如果B不在主路徑上則繼續(xù)傳遞次優(yōu)路徑增強(qiáng)信息。如此往復(fù)，就可以構(gòu)造下一條次優(yōu)路徑（如圖5所示）。圖5 HREEMR不相交路徑（2）纏繞多路徑：纏繞多路徑采用一定策略允許冗余路徑通最優(yōu)路徑p部分相交，從而較不相交路徑減少了維持的冗余路徑數(shù)量，節(jié)省了能源的消耗。纏繞多路徑在建立主路徑p后，p上除了源端和靠近源端的節(jié)點(diǎn)以外，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都要發(fā)送備用路徑增強(qiáng)消息給次優(yōu)節(jié)點(diǎn)A，次有節(jié)點(diǎn)尋找最優(yōu)節(jié)點(diǎn)B傳播該備用路徑增強(qiáng)消息，如果B不在主路徑p上，繼續(xù)向最優(yōu)節(jié)點(diǎn)傳播直到與主路徑p相交?？偠灾?，HREEMR的多路徑策略

12、實(shí)現(xiàn)了能源有效的故障恢復(fù)，解決了DD為了提高協(xié)議的魯棒性，采用周期低速率擴(kuò)散數(shù)據(jù)而帶來的能源浪費(fèi)問題。1.5.SAR路由：SAR協(xié)議是第一個(gè)具有QoS（服務(wù)質(zhì)量，是一種網(wǎng)絡(luò)安全機(jī)制，用于解決網(wǎng)絡(luò)延遲及阻塞問題的一項(xiàng)技術(shù)）意識(shí)的路由協(xié)議。它的特點(diǎn)是路由決策不僅要考慮到每條路徑的能源，還要涉及端到端的延遲需求和待發(fā)數(shù)據(jù)包的優(yōu)先級(jí)。每個(gè)樹以落在匯聚點(diǎn)有效傳輸半徑內(nèi)的節(jié)點(diǎn)為根向外生長，枝干的選擇需滿足一定的QoS要求并要有一定的能量儲(chǔ)備。節(jié)點(diǎn)可以根據(jù)每條路徑的能源、附加的QoS度量和包的優(yōu)先級(jí)選擇某棵樹將信息返回給匯聚點(diǎn)。仿真結(jié)果顯示，與只考慮路徑能量消耗的最小能量度量協(xié)議相比，SAR能量消耗更少，但

13、缺點(diǎn)是不適合于大型和拓?fù)漕l繁變化的網(wǎng)絡(luò)。二、網(wǎng)絡(luò)分層路由協(xié)議分層路由協(xié)議中，網(wǎng)絡(luò)通常被劃分為簇，每個(gè)簇由一個(gè)簇首和多個(gè)簇成員組成，多個(gè)簇首形成高一級(jí)的網(wǎng)絡(luò)，在高一級(jí)網(wǎng)絡(luò)中，又可以分簇，再次形成更高級(jí)的網(wǎng)絡(luò)，直至最高級(jí)（如圖6所示）。在分層結(jié)構(gòu)中，簇首節(jié)點(diǎn)不僅負(fù)責(zé)所管轄簇內(nèi)信息的收集和融合處理，還負(fù)責(zé)簇間數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)。分層路由協(xié)議中每個(gè)簇的形成通常是基于傳感器節(jié)點(diǎn)的保留能量和與簇首的接近程度，同時(shí)為了延長整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的生命周期，簇首節(jié)點(diǎn)的選擇需要周期更新。分層路由的優(yōu)點(diǎn)是適合大規(guī)模的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，可擴(kuò)展性較好。缺點(diǎn)是簇首節(jié)點(diǎn)的可靠性和穩(wěn)定性對(duì)全網(wǎng)性能影響較大，信息的采集和處理也會(huì)大量地消耗簇首的

14、能量。一些典型的分層路由協(xié)議有LEACH、PEGASIS、TEEN、APTEEN和具有能量意識(shí)的傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇路由。圖6 網(wǎng)絡(luò)分層的路由機(jī)制2.1.LEACH路由：LEACH的基本思想是以循環(huán)的方式隨機(jī)選擇簇首節(jié)點(diǎn)，將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的能量負(fù)載平均分配到每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)中，從而達(dá)到降低網(wǎng)絡(luò)能源消耗、提高網(wǎng)絡(luò)整體生存時(shí)間的目的。仿真表明，與一般平面多跳路由和靜態(tài)分層算法相比，LEACH可以將網(wǎng)絡(luò)的生命周期延長15%。LEACH在運(yùn)行過程中不斷地循環(huán)執(zhí)行簇的重構(gòu)過程。每個(gè)簇重構(gòu)過程可以用“會(huì)合（round）”的概念來描述。每個(gè)回合可以分成兩個(gè)階段：簇的建立階段和傳輸數(shù)據(jù)的穩(wěn)定階段。其中，簇的建立過程又可分為

15、四個(gè)階段：簇首節(jié)點(diǎn)的選擇、簇首節(jié)點(diǎn)的廣播、簇的建立和調(diào)度機(jī)制的生成。簇首節(jié)點(diǎn)的選擇：依據(jù)網(wǎng)絡(luò)中所需要的簇首節(jié)點(diǎn)總數(shù)和迄今為止每個(gè)節(jié)點(diǎn)已成為簇首的次數(shù)決定，具體方法如下：每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)隨機(jī)選擇01之間的一個(gè)值，如果選定的值小于某一個(gè)闔值T(n)，那么這個(gè)節(jié)點(diǎn)成為簇首節(jié)點(diǎn)。其中，T(n)值計(jì)算如下：N為網(wǎng)絡(luò)中傳感器節(jié)點(diǎn)總數(shù)；k為一個(gè)回合網(wǎng)絡(luò)中簇首節(jié)點(diǎn)數(shù)；r為已完成回合數(shù)。簇首節(jié)點(diǎn)的廣播：選定簇首節(jié)點(diǎn)后，通過廣播告知整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。簇的建立：網(wǎng)絡(luò)中其他節(jié)點(diǎn)根據(jù)接受信息的信號(hào)強(qiáng)度決定從屬的簇，并通知相應(yīng)的簇首節(jié)點(diǎn)，完成簇的建立。調(diào)度機(jī)制的形成：最后，簇首節(jié)采用TDMA（時(shí)分多址）方法為簇中每個(gè)節(jié)點(diǎn)分配向其傳

16、送數(shù)據(jù)的時(shí)間片。在穩(wěn)定階段中，傳感器節(jié)點(diǎn)將采集的數(shù)據(jù)傳送到簇首節(jié)點(diǎn)。簇首節(jié)點(diǎn)對(duì)簇中所有節(jié)點(diǎn)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行信息融合后再傳送給匯聚點(diǎn)，這是一種減小通信業(yè)務(wù)量的合理工作模式。穩(wěn)定階段持續(xù)一段時(shí)間后，網(wǎng)絡(luò)重新進(jìn)入簇的建立階段，進(jìn)行下一回合的簇重構(gòu)，不斷循環(huán)。但該協(xié)議還存在以下三個(gè)值得探討的問題：并不是每個(gè)節(jié)點(diǎn)都能夠直接與匯聚點(diǎn)直接通信，因此該協(xié)議不適合在大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用。協(xié)議沒有說明簇首節(jié)點(diǎn)的數(shù)目怎樣分布才能遍及整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。有可能某個(gè)簇首節(jié)點(diǎn)集中于網(wǎng)絡(luò)某一個(gè)區(qū)域，而其他區(qū)域節(jié)點(diǎn)周圍沒有任何簇首。該協(xié)議未能考慮到節(jié)點(diǎn)能量不均衡的網(wǎng)絡(luò)。2.2.PEGASIS和分層PEGASISPEGASIS的基

17、本思想是為了延長網(wǎng)絡(luò)的生命周期，節(jié)點(diǎn)只需要和它們最近的鄰居之間進(jìn)行通信。節(jié)點(diǎn)與匯聚點(diǎn)之間的通信過程是輪流進(jìn)行的，只有當(dāng)所有節(jié)點(diǎn)都與匯聚點(diǎn)通信后，節(jié)點(diǎn)才進(jìn)行新一回合的輪流通信。由于這種輪流通信機(jī)制使得能量消耗統(tǒng)一分布到每個(gè)節(jié)點(diǎn)上，因此降低了整個(gè)傳輸所需消耗的能量。PEGASIS協(xié)議在傳感器節(jié)點(diǎn)中采用鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)進(jìn)行連接。運(yùn)行PEGASIS協(xié)議時(shí)每個(gè)節(jié)點(diǎn)首先利用信號(hào)的強(qiáng)度來衡量其所有鄰居節(jié)點(diǎn)距離的遠(yuǎn)近，在確定最近鄰居的同時(shí)調(diào)整發(fā)送信號(hào)強(qiáng)弱確保只有鄰居節(jié)點(diǎn)聽的到。其次，鏈中只選擇一個(gè)節(jié)點(diǎn)作為鏈?zhǔn)紫騾R聚點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)。采集到的數(shù)據(jù)以點(diǎn)到點(diǎn)的方式傳送、融合，并最終被送到匯聚點(diǎn)。該協(xié)議的優(yōu)點(diǎn)在于：減少了LEACH

18、在簇重構(gòu)過程中所產(chǎn)生的開銷，并且通過數(shù)據(jù)融合降低了收發(fā)過程的次數(shù)，從而降低了能量的消耗。圖7 PEGASIS的鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)分層PEGASIS協(xié)議是對(duì)PEGASIS的擴(kuò)展，該協(xié)議的目標(biāo)是降低數(shù)據(jù)包到匯聚點(diǎn)傳送過程中所引起的延遲。為此，協(xié)議采取了數(shù)據(jù)并行傳輸?shù)臋C(jī)制，并提出了兩種方法來避免傳感器間的沖突和可能存在的信號(hào)干擾。第一種方法結(jié)合了信號(hào)編碼方式，如碼分多址CDMA；第二種方法只允許空間上分隔的節(jié)點(diǎn)可以同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)。基于CDMA的分層PEGSIS協(xié)議采用樹狀分層結(jié)構(gòu)的方式，每一層選擇的節(jié)點(diǎn)向更高一級(jí)的節(jié)點(diǎn)傳送數(shù)據(jù)。協(xié)議要求在每個(gè)回合的數(shù)據(jù)采集過程中，給定層的節(jié)點(diǎn)都向附加的鄰居發(fā)送數(shù)據(jù)，所有接受數(shù)據(jù)

19、的節(jié)點(diǎn)被提升為上一層的節(jié)點(diǎn)。依次類推，最后頂層只有一個(gè)節(jié)點(diǎn)被保留下來并成為鏈?zhǔn)坠?jié)點(diǎn)。舉例說明該協(xié)議每個(gè)回合路徑選擇的過程，如下圖所示：圖8 基于CDMA的分層PEGASIS協(xié)議的數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)C3在第三個(gè)回合被指定為鏈?zhǔn)?，假設(shè)節(jié)點(diǎn)C0在鏈中得位置為0，節(jié)點(diǎn)C3的位置為3，為奇數(shù)，那么所有處于偶數(shù)位置的節(jié)點(diǎn)都向右邊的鄰居發(fā)送數(shù)據(jù)，接受到數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)C1、C3、C5、C7成為第二層節(jié)點(diǎn)。在第二層節(jié)點(diǎn)中由于C3仍處于奇數(shù)位置1，因此所有偶數(shù)位置的節(jié)點(diǎn)再次融合他們接受到得數(shù)據(jù)和自身采集到的數(shù)據(jù)，并將融合后的數(shù)據(jù)發(fā)送給他們右邊的鄰居；在第三層中節(jié)點(diǎn)C3不是奇數(shù)位置，為了保證C3作為鏈?zhǔn)?，?jié)點(diǎn)C7融合接受到得

20、數(shù)據(jù)和自身數(shù)據(jù)并將其傳給C3，節(jié)點(diǎn)C3將當(dāng)前數(shù)據(jù)和從C7中接受到得數(shù)據(jù)融合起來并最終傳遞給匯聚點(diǎn)。這種分層方式保證了數(shù)據(jù)的并行傳輸并有效地降低了傳輸時(shí)延。2.3.TEEN和APTEEN按照應(yīng)用模式的不同，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以分為主動(dòng)式和反應(yīng)式兩種類型。主動(dòng)式無線傳感器網(wǎng)絡(luò)持續(xù)監(jiān)測(cè)周圍的物質(zhì)現(xiàn)象，并以恒定速率發(fā)送監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；而反應(yīng)式無線傳感器網(wǎng)絡(luò)只是在被觀測(cè)變量發(fā)生沖突時(shí)才傳送數(shù)據(jù)。TEEN協(xié)議就是為反應(yīng)式無線傳感器網(wǎng)絡(luò)而設(shè)計(jì)的路由策略，它具有實(shí)時(shí)性，可以突發(fā)事件作出快速反應(yīng)。TEEN與LEACH采用相同的多簇結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式，不同的是在簇的建立過程中，隨著簇首節(jié)點(diǎn)的選定，簇首除了通過TDMA方式實(shí)現(xiàn)

21、數(shù)據(jù)的調(diào)度，還向簇內(nèi)成員廣播有關(guān)數(shù)據(jù)的硬闔值和軟闔值兩個(gè)參數(shù)。硬闔值是被監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)所不能逾越的闔值，軟闔值則規(guī)定被監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的變動(dòng)范圍。在簇的穩(wěn)定階段，節(jié)點(diǎn)通過傳感器不斷地感知其周圍環(huán)境。當(dāng)節(jié)點(diǎn)首次監(jiān)測(cè)到數(shù)據(jù)到達(dá)硬闔值，便打開收發(fā)器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，同時(shí)將該檢測(cè)值存入節(jié)點(diǎn)內(nèi)部變量SV中。節(jié)點(diǎn)如需再次傳送需要兩個(gè)條件：1當(dāng)前檢測(cè)值大于硬闔值；2當(dāng)前檢測(cè)值與SV的差異大于等于軟闔值。只要節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)，變量SV變置為當(dāng)前的檢測(cè)值。在簇重構(gòu)的過程中，如果新一回合的簇首已經(jīng)確定，該簇首將重新設(shè)定和發(fā)布以上兩個(gè)參數(shù)。如下圖所示：圖9 （a）TEEN協(xié)議操作 （b）APTEEN協(xié)議操作APTEEN協(xié)議是TEEN協(xié)議

22、的擴(kuò)展，是一種混合協(xié)議，可以根據(jù)用戶需要和應(yīng)用類型來改變TEEN協(xié)議的周期性和相關(guān)闔值的設(shè)定，既能周期性地采集數(shù)據(jù)又可以對(duì)突發(fā)事件作出快速反應(yīng)。其特點(diǎn)如下：（1）隨著簇首節(jié)點(diǎn)的確定，簇首向簇內(nèi)所有成員廣播以下參數(shù)：屬性，闔值，調(diào)度，計(jì)數(shù)時(shí)間。（2）在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)會(huì)采用與TEEN相同的數(shù)據(jù)發(fā)送機(jī)制，但是為了克服TEEN不能周期性數(shù)據(jù)傳送的缺點(diǎn)，協(xié)議規(guī)定如果節(jié)點(diǎn)在計(jì)數(shù)時(shí)間CT內(nèi)沒有發(fā)送任何數(shù)據(jù)，便強(qiáng)迫節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)和向匯聚點(diǎn)傳送數(shù)據(jù)。（3）為了更好地實(shí)現(xiàn)協(xié)議在混合網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中得應(yīng)用，APTEEN采用了修改后的TDMA調(diào)度方法。（4）支持3種不同的查詢類型，包括分析過去數(shù)據(jù)的歷史性查詢、快速瀏覽網(wǎng)頁的一次性查

23、詢和一段時(shí)間內(nèi)持續(xù)監(jiān)控某一時(shí)間的連續(xù)查詢。仿真結(jié)果表明，在能量分布和網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間的指標(biāo)上，TEEN和APTEEN的性能要優(yōu)于LEACH協(xié)議，而APTEEN的性能位于TEEN和LEACH之間。2.4.具有能量意識(shí)的傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇路由網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行前由匯聚點(diǎn)將傳感器節(jié)點(diǎn)劃分成簇，傳感器節(jié)點(diǎn)可以以活動(dòng)方式和備用的低能耗兩種方式運(yùn)行。節(jié)點(diǎn)內(nèi)部的感知電路、數(shù)據(jù)處理電路和無線收發(fā)器可以獨(dú)立的開啟和關(guān)閉，簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)可以采取以下4種工作方式之一：感知、轉(zhuǎn)發(fā)、感知并轉(zhuǎn)發(fā)、休眠。與上述路由協(xié)議不同的是簇首不受能量的限制，它可以監(jiān)控簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)的能量變化，決定并維護(hù)傳感器的四種狀態(tài)，采用TDMA機(jī)制為采集到得感知數(shù)據(jù)設(shè)置多跳路

24、由。協(xié)議依據(jù)兩節(jié)點(diǎn)間的能量消耗、延遲最優(yōu)化等性能指標(biāo)計(jì)算路徑代價(jià)函數(shù)。簇首節(jié)點(diǎn)利用代價(jià)函數(shù)作為鏈路成本，選擇成本最小的路徑作為節(jié)點(diǎn)與其通信的最優(yōu)路徑。三、地理定位輔助路由協(xié)議無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的許多路由協(xié)議都需要傳感器節(jié)點(diǎn)的定位信息。由于WSN沒有類似IP地址的訪問機(jī)制，并且分布在某個(gè)特定區(qū)域，它們可以利用地址信息使數(shù)據(jù)以某種節(jié)能的方式進(jìn)行傳輸。因此如果已知被感應(yīng)的區(qū)域，利用傳感器的位置，查詢信息就會(huì)只發(fā)布到被感知的區(qū)域，減少了數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇螖?shù)。3.1.MECN和SNECNMECN協(xié)議和SMECN協(xié)議都利用低功耗的GPS定位系統(tǒng)，通過計(jì)算和構(gòu)建能源有效地子網(wǎng)實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)。MECN協(xié)議為每個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)置了

25、轉(zhuǎn)發(fā)區(qū)域（relay region）。轉(zhuǎn)發(fā)區(qū)域可以表示為一組節(jié)點(diǎn)集，發(fā)送節(jié)點(diǎn)通過轉(zhuǎn)發(fā)區(qū)域內(nèi)的節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)，這種方式需要的能量較少。MECN的主要設(shè)計(jì)思想是構(gòu)建子網(wǎng)，要求子網(wǎng)內(nèi)部所含節(jié)點(diǎn)的數(shù)目較少并且任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)都消耗更少的能量。這樣不必考慮網(wǎng)絡(luò)中所有的節(jié)點(diǎn)，就可以發(fā)現(xiàn)全局最小能量的路徑。這對(duì)于每個(gè)考慮到自身轉(zhuǎn)發(fā)區(qū)域的節(jié)點(diǎn)來說，利用本地搜索就可以實(shí)現(xiàn)到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的最小能量路徑。MECN的運(yùn)行分為兩階段完成。第一階段：獲取二維平面的位置信息，并構(gòu)建包含所有發(fā)送節(jié)點(diǎn)外圍的外圍圖。外圍圖的構(gòu)建由節(jié)點(diǎn)內(nèi)部的本地計(jì)算來完成。第二階段：在外圍圖中搜索出最優(yōu)鏈路，搜索過程采用以能量消耗作為代價(jià)度量的分布式Belman-Ford最短路徑算法來實(shí)現(xiàn)。MECN協(xié)議最大的特點(diǎn)是具有自動(dòng)重配置的特點(diǎn)，因此可以動(dòng)態(tài)地適應(yīng)節(jié)點(diǎn)的實(shí)效和網(wǎng)絡(luò)的分布。但這種協(xié)議是在假定網(wǎng)絡(luò)中每兩個(gè)節(jié)點(diǎn)能夠直接通信的前提下提出的，在實(shí)際環(huán)境中并不容易做到。SMECN協(xié)議是MECN協(xié)議的擴(kuò)展。它在原先MECN的基礎(chǔ)上又考慮到了任意兩種節(jié)點(diǎn)間不能直接通信的情況。SMECN協(xié)議的主要思想也是通過計(jì)算和構(gòu)建子網(wǎng)，使得對(duì)于原網(wǎng)絡(luò)中得仍以節(jié)點(diǎn)對(duì)（u，v）來說，都存在子網(wǎng)內(nèi)最低能量消耗路徑。最大的優(yōu)點(diǎn)在于構(gòu)造了滿足最小