第4章WSN通信及組網(wǎng)技術(shù)---03

1、第第4 4章章 4.8 路由協(xié)議路由協(xié)議 4.8.1 4.8.1 路由協(xié)議概述路由協(xié)議概述1.1.路由協(xié)議考慮因素路由協(xié)議考慮因素 設(shè)計(jì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由要考慮的因素很多，大致分為以下兩設(shè)計(jì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由要考慮的因素很多，大致分為以下兩種類型。種類型。 (1)(1)網(wǎng)絡(luò)特征：無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有與眾不同的特征，應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)特征：無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有與眾不同的特征，應(yīng)用于路由協(xié)議設(shè)計(jì)時(shí)，主要應(yīng)該考慮能量損耗、節(jié)點(diǎn)部署和網(wǎng)絡(luò)拓于路由協(xié)議設(shè)計(jì)時(shí)，主要應(yīng)該考慮能量損耗、節(jié)點(diǎn)部署和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓渥兓?2)(2)數(shù)據(jù)傳輸特征：無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)采集和傳輸要求數(shù)據(jù)傳輸特征：無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)采集和傳

2、輸要求與其他網(wǎng)絡(luò)不同，因此路由協(xié)議設(shè)計(jì)時(shí)也需要加以區(qū)別，主要考與其他網(wǎng)絡(luò)不同，因此路由協(xié)議設(shè)計(jì)時(shí)也需要加以區(qū)別，主要考慮數(shù)據(jù)傳輸方式、無(wú)線傳輸手段以及數(shù)據(jù)融合技術(shù)等。慮數(shù)據(jù)傳輸方式、無(wú)線傳輸手段以及數(shù)據(jù)融合技術(shù)等。2.2.路由的過(guò)程路由的過(guò)程無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由過(guò)程主要分為以下無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由過(guò)程主要分為以下4 4個(gè)步驟：個(gè)步驟： 某一個(gè)設(shè)備發(fā)出路由請(qǐng)求命令幀，啟動(dòng)路由發(fā)現(xiàn)過(guò)程；某一個(gè)設(shè)備發(fā)出路由請(qǐng)求命令幀，啟動(dòng)路由發(fā)現(xiàn)過(guò)程； 對(duì)應(yīng)的接收設(shè)備收到該命令后，回復(fù)應(yīng)答命令幀；對(duì)應(yīng)的接收設(shè)備收到該命令后，回復(fù)應(yīng)答命令幀； 對(duì)潛在的各條路徑開銷對(duì)潛在的各條路徑開銷( (跳轉(zhuǎn)次數(shù)、延遲時(shí)間跳轉(zhuǎn)次數(shù)、

3、延遲時(shí)間) )，進(jìn)行評(píng)估比，進(jìn)行評(píng)估比較；較； 將評(píng)估確定之后的最佳路由記錄添加到此路徑上各個(gè)設(shè)備的將評(píng)估確定之后的最佳路由記錄添加到此路徑上各個(gè)設(shè)備的路由表中。路由表中。3.WSN3.WSN路由協(xié)議分類方法路由協(xié)議分類方法1 1）按源節(jié)點(diǎn)獲取路徑的方法）按源節(jié)點(diǎn)獲取路徑的方法(1)(1)主動(dòng)路由協(xié)議主動(dòng)路由協(xié)議 (2)(2)按需路由協(xié)議按需路由協(xié)議 (3)(3)混合路由協(xié)議混合路由協(xié)議2 2）按節(jié)點(diǎn)參與通信的方式）按節(jié)點(diǎn)參與通信的方式(1)(1)直接通信路由協(xié)議直接通信路由協(xié)議 (2)(2)平面路由協(xié)議平面路由協(xié)議 (3)(3)層次路由協(xié)議層次路由協(xié)議 3 3）按路由的發(fā)現(xiàn)過(guò)程）按路由的發(fā)現(xiàn)

4、過(guò)程 (1)(1)以位置信息為中心的路由協(xié)議以位置信息為中心的路由協(xié)議 (2)(2)以數(shù)據(jù)為中心的路由協(xié)議以數(shù)據(jù)為中心的路由協(xié)議 4 4）按路由選擇是否考慮服務(wù)質(zhì)量）按路由選擇是否考慮服務(wù)質(zhì)量(QoS)(QoS)約束約束 保證保證QoSQoS的路由協(xié)議是指在路由建立時(shí)，考慮時(shí)延、丟包率的路由協(xié)議是指在路由建立時(shí)，考慮時(shí)延、丟包率等等QoSQoS參數(shù)，從多條可行的路由中選擇一條最適合參數(shù)，從多條可行的路由中選擇一條最適合QoSQoS應(yīng)用要求的應(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QoSQoS路由協(xié)路由協(xié)議。議。4.8.2 4.8.2

5、 平面路由協(xié)議平面路由協(xié)議1. Flooding and Grossing1. Flooding and Grossing協(xié)議協(xié)議 1 1） 洪泛路由協(xié)議洪泛路由協(xié)議洪泛路由協(xié)議洪泛路由協(xié)議(Flooding Protocol)(Flooding Protocol)是一種最早的路由協(xié)議，是一種最早的路由協(xié)議，接收到消息的節(jié)點(diǎn)以廣播的形式轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文給所有的鄰居節(jié)點(diǎn)。接收到消息的節(jié)點(diǎn)以廣播的形式轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文給所有的鄰居節(jié)點(diǎn)。洪泛法的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)都十分突出，其優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，適用洪泛法的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)都十分突出，其優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，適用于健壯性要求高的場(chǎng)合；其缺點(diǎn)是存在信息爆炸問(wèn)題于健壯性要求高的場(chǎng)合；其缺點(diǎn)是存

6、在信息爆炸問(wèn)題( (如圖如圖7-17-1所所示示) )、出現(xiàn)部分?jǐn)?shù)據(jù)交迭的現(xiàn)象、出現(xiàn)部分?jǐn)?shù)據(jù)交迭的現(xiàn)象( (如圖如圖7-27-2所示所示) )和盲目使用資源等。和盲目使用資源等。 2 2） 閑聊法閑聊法閑聊法閑聊法(Grossing)(Grossing)是洪泛法的改進(jìn)版本。是洪泛法的改進(jìn)版本。 在某一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，不再像洪泛法那樣給它的每個(gè)鄰居節(jié)在某一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，不再像洪泛法那樣給它的每個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)都發(fā)送數(shù)據(jù)副本，而是隨機(jī)選擇某個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)，向它發(fā)送一份點(diǎn)都發(fā)送數(shù)據(jù)副本，而是隨機(jī)選擇某個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)，向它發(fā)送一份數(shù)據(jù)副本。接收到數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)采用相同的方法，隨機(jī)選擇下一個(gè)數(shù)據(jù)副本。接收到數(shù)據(jù)的節(jié)

7、點(diǎn)采用相同的方法，隨機(jī)選擇下一個(gè)接收節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)，如圖接收節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)，如圖7-37-3所示。所示。2. SPIN2. SPIN協(xié)議協(xié)議基于協(xié)商機(jī)制的傳感器網(wǎng)絡(luò)基于協(xié)商機(jī)制的傳感器網(wǎng)絡(luò)SPINSPIN協(xié)議協(xié)議(Sensor (Sensor Protocols for Information via Negotiation)Protocols for Information via Negotiation)是一種以數(shù)是一種以數(shù)據(jù)為中心的據(jù)為中心的自適應(yīng)通信方式，使用自適應(yīng)通信方式，使用3 3種類型的信息進(jìn)行通信，種類型的信息進(jìn)行通信，即即ADVADV、REQREQ和和DATADATA信息。信息。

8、圖圖7-47-4表示了表示了SPINSPIN協(xié)議的工作過(guò)程。在發(fā)送一個(gè)協(xié)議的工作過(guò)程。在發(fā)送一個(gè)TATATATA數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)包之前，一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)首先對(duì)外廣播之前，一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)首先對(duì)外廣播ADVADV數(shù)據(jù)包；如果某個(gè)鄰居數(shù)據(jù)包；如果某個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)在收到節(jié)點(diǎn)在收到ADVADV后有意愿接收該后有意愿接收該DATADATA數(shù)據(jù)包，那么它向該節(jié)點(diǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，那么它向該節(jié)點(diǎn)發(fā)送一個(gè)送一個(gè)REQREQ數(shù)據(jù)包，然后節(jié)點(diǎn)向該鄰居節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)包，然后節(jié)點(diǎn)向該鄰居節(jié)點(diǎn)發(fā)送DATADATA數(shù)據(jù)包。類數(shù)據(jù)包。類似地進(jìn)行下去，似地進(jìn)行下去， DATA DATA數(shù)據(jù)包可被傳輸?shù)竭h(yuǎn)方匯聚節(jié)點(diǎn)或基站。數(shù)據(jù)包可被傳輸?shù)竭h(yuǎn)方匯聚節(jié)點(diǎn)

9、或基站。SPINSPIN協(xié)議的缺點(diǎn)是沒(méi)有考慮節(jié)能和多種信道條件下的數(shù)據(jù)傳協(xié)議的缺點(diǎn)是沒(méi)有考慮節(jié)能和多種信道條件下的數(shù)據(jù)傳輸問(wèn)題。因此，后續(xù)又出現(xiàn)了輸問(wèn)題。因此，后續(xù)又出現(xiàn)了SPIN-PP (Point to PointSPIN-PP (Point to Point，點(diǎn)到，點(diǎn)到點(diǎn)的通信模式點(diǎn)的通信模式) )、SPIN-EC (Energy ControlSPIN-EC (Energy Control，點(diǎn)到點(diǎn)模式下的節(jié)，點(diǎn)到點(diǎn)模式下的節(jié)能路由能路由) )、SPIN-RL (Route LossySPIN-RL (Route Lossy，點(diǎn)到點(diǎn)通信中的信道衰減模，點(diǎn)到點(diǎn)通信中的信道衰減模式式) )、

10、SPIN-BC (Broadcast ChannelSPIN-BC (Broadcast Channel，廣播信道模式，廣播信道模式) )等在等在SPINSPIN基基礎(chǔ)上改進(jìn)的路由協(xié)議。礎(chǔ)上改進(jìn)的路由協(xié)議。3. SAR3. SAR、DDDD和和MCFAMCFA協(xié)議協(xié)議 1 1）SARSAR協(xié)議協(xié)議順序分配路由順序分配路由SARSAR協(xié)議協(xié)議(Sequential Assignment Routing)(Sequential Assignment Routing)是是第一個(gè)具有第一個(gè)具有QoSQoS意識(shí)的路由協(xié)議。該協(xié)議通過(guò)構(gòu)建以意識(shí)的路由協(xié)議。該協(xié)議通過(guò)構(gòu)建以SinkSink的單跳的單跳鄰居節(jié)

11、點(diǎn)為根節(jié)點(diǎn)的多播樹來(lái)實(shí)現(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)到鄰居節(jié)點(diǎn)為根節(jié)點(diǎn)的多播樹來(lái)實(shí)現(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)到SinkSink節(jié)點(diǎn)的多跳節(jié)點(diǎn)的多跳路徑。該協(xié)議的特點(diǎn)是路由決策不僅要考慮到每條路徑的能源，路徑。該協(xié)議的特點(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)送數(shù)據(jù)包的優(yōu)先級(jí)。還要涉及端到端的延遲需求和待發(fā)送數(shù)據(jù)包的優(yōu)先級(jí)。SARSAR的能的能量消耗較少，但不適用于大型的和拓?fù)漕l繁變化的網(wǎng)絡(luò)。量消耗較少，但不適用于大型的和拓?fù)漕l繁變化的網(wǎng)絡(luò)。 2 2）DDDD協(xié)議協(xié)議定向擴(kuò)散路由定向擴(kuò)散路由DDDD協(xié)議協(xié)議(Directed Diffusion)(Directed Diffusion)是一種以數(shù)據(jù)

12、為是一種以數(shù)據(jù)為中心的信息傳播協(xié)議，與已有的路由算法有著截然不同的實(shí)現(xiàn)機(jī)中心的信息傳播協(xié)議，與已有的路由算法有著截然不同的實(shí)現(xiàn)機(jī)制。運(yùn)行制。運(yùn)行DDDD協(xié)議的傳感器節(jié)點(diǎn)使用基于屬性的命名機(jī)制來(lái)描述數(shù)協(xié)議的傳感器節(jié)點(diǎn)使用基于屬性的命名機(jī)制來(lái)描述數(shù)據(jù)，并通過(guò)向所有節(jié)點(diǎn)發(fā)送對(duì)某個(gè)命名數(shù)據(jù)的據(jù)，并通過(guò)向所有節(jié)點(diǎn)發(fā)送對(duì)某個(gè)命名數(shù)據(jù)的Interest(Interest(任務(wù)描任務(wù)描述符述符) )來(lái)完成數(shù)據(jù)收集。來(lái)完成數(shù)據(jù)收集。 3 3）MCFAMCFA協(xié)議協(xié)議 最小開銷前行算法最小開銷前行算法MCFAMCFA協(xié)議協(xié)議(Minimum Cost For warding (Minimum Cost For w

13、arding Algorithm for Large Sensor Networks)Algorithm for Large Sensor Networks)充分利用了傳感器網(wǎng)絡(luò)充分利用了傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)傳輸不對(duì)稱的特點(diǎn)，即大多的數(shù)據(jù)流都是從傳感器節(jié)點(diǎn)中的數(shù)據(jù)傳輸不對(duì)稱的特點(diǎn)，即大多的數(shù)據(jù)流都是從傳感器節(jié)點(diǎn)向向SinkSink節(jié)點(diǎn)的方向傳輸。節(jié)點(diǎn)的方向傳輸。該算法根據(jù)能量和路徑情況來(lái)靈活地測(cè)出節(jié)點(diǎn)的開銷情況，該算法根據(jù)能量和路徑情況來(lái)靈活地測(cè)出節(jié)點(diǎn)的開銷情況，但是它存在著如下一些問(wèn)題：首先它不得不考慮延遲、信道錯(cuò)誤但是它存在著如下一些問(wèn)題：首先它不得不考慮延遲、信道錯(cuò)誤和節(jié)點(diǎn)失敗等問(wèn)題，這就

14、增大了算法的復(fù)雜度；其次，和節(jié)點(diǎn)失敗等問(wèn)題，這就增大了算法的復(fù)雜度；其次，SinkSink節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)的數(shù)目不能太多，否則節(jié)點(diǎn)要存儲(chǔ)大量到的數(shù)目不能太多，否則節(jié)點(diǎn)要存儲(chǔ)大量到SinkSink節(jié)點(diǎn)的開銷信息，節(jié)點(diǎn)的開銷信息，會(huì)增大存儲(chǔ)負(fù)擔(dān)；再次，開銷域的建立時(shí)間取決于網(wǎng)絡(luò)的大小，會(huì)增大存儲(chǔ)負(fù)擔(dān)；再次，開銷域的建立時(shí)間取決于網(wǎng)絡(luò)的大小，如果網(wǎng)絡(luò)太大的話，建立整個(gè)開銷域的時(shí)間會(huì)讓人無(wú)法忍受；最如果網(wǎng)絡(luò)太大的話，建立整個(gè)開銷域的時(shí)間會(huì)讓人無(wú)法忍受；最后，網(wǎng)絡(luò)負(fù)載不是很平衡，那些距離后，網(wǎng)絡(luò)負(fù)載不是很平衡，那些距離SinkSink節(jié)點(diǎn)較近的開銷較小的節(jié)點(diǎn)較近的開銷較小的節(jié)點(diǎn)容易很快耗盡能量。節(jié)點(diǎn)容易很快耗盡

15、能量。4.8.3 4.8.3 層次路由協(xié)議層次路由協(xié)議1. LEACH1. LEACH 低功耗自適應(yīng)聚類分級(jí)低功耗自適應(yīng)聚類分級(jí)LEACHLEACH協(xié)議協(xié)議(LOW Energy Adaptive (LOW Energy Adaptive Clustering Hierarchy)Clustering Hierarchy)是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中最早提出的分層路是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中最早提出的分層路由算法。由算法。LEACHLEACH可以將網(wǎng)絡(luò)整體生存時(shí)間延長(zhǎng)可以將網(wǎng)絡(luò)整體生存時(shí)間延長(zhǎng)1515，其基本思想，其基本思想是通過(guò)隨機(jī)循環(huán)地選擇簇頭節(jié)點(diǎn)將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的能量負(fù)載平均分配是通過(guò)隨機(jī)循環(huán)地選擇簇頭節(jié)點(diǎn)將整

16、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，從而降低網(wǎng)絡(luò)能源消耗，提高網(wǎng)絡(luò)整體生到每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)中，從而降低網(wǎng)絡(luò)能源消耗，提高網(wǎng)絡(luò)整體生存時(shí)間。存時(shí)間。 2. PEGASIS2. PEGASIS高能效采集傳感器信息系統(tǒng)高能效采集傳感器信息系統(tǒng)PEGASISPEGASIS協(xié)議協(xié)議(Power(PowerEfficient Efficient Gathering in Sensor Information Systems)Gathering in Sensor Information Systems)是在是在LEACHLEACH協(xié)議上協(xié)議上提出的一種改進(jìn)路由算法。提出的一種改進(jìn)路由算法。PEGAS

17、ISPEGASIS路由協(xié)議在網(wǎng)絡(luò)中選擇一個(gè)路由協(xié)議在網(wǎng)絡(luò)中選擇一個(gè)節(jié)點(diǎn)作為起始節(jié)點(diǎn)建立一條最優(yōu)回路鏈，起始節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)融合后節(jié)點(diǎn)作為起始節(jié)點(diǎn)建立一條最優(yōu)回路鏈，起始節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)融合后的數(shù)據(jù)信息發(fā)送給的數(shù)據(jù)信息發(fā)送給SinkSink節(jié)點(diǎn)。由于起始節(jié)點(diǎn)的負(fù)載較重，節(jié)點(diǎn)。由于起始節(jié)點(diǎn)的負(fù)載較重，PEGASISPEGASIS采用了全網(wǎng)節(jié)點(diǎn)輪流作為回路鏈起始節(jié)點(diǎn)的方式來(lái)進(jìn)行采用了全網(wǎng)節(jié)點(diǎn)輪流作為回路鏈起始節(jié)點(diǎn)的方式來(lái)進(jìn)行均衡。均衡。 PEGASIS PEGASIS的模型假設(shè)如下：的模型假設(shè)如下： 節(jié)點(diǎn)都知道其他節(jié)點(diǎn)的位置信息，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都具有直接和基節(jié)點(diǎn)都知道其他節(jié)點(diǎn)的位置信息，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都具有直接和基站通信的

18、能力：站通信的能力： 傳感器節(jié)點(diǎn)不具有移動(dòng)性；傳感器節(jié)點(diǎn)不具有移動(dòng)性； 其他模型假設(shè)和其他模型假設(shè)和LEACHLEACH中的相同。中的相同。該路由協(xié)議中使用了貪婪算法該路由協(xié)議中使用了貪婪算法(Greedy Algorithm)(Greedy Algorithm)來(lái)形成鏈，來(lái)形成鏈，如圖如圖7-57-5所示。在每一輪通信之前才形成鏈。為確保每個(gè)節(jié)點(diǎn)都所示。在每一輪通信之前才形成鏈。為確保每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有其相鄰節(jié)點(diǎn)，從離基站最遠(yuǎn)的節(jié)點(diǎn)開始構(gòu)建，鏈中鄰居節(jié)點(diǎn)的有其相鄰節(jié)點(diǎn)，從離基站最遠(yuǎn)的節(jié)點(diǎn)開始構(gòu)建，鏈中鄰居節(jié)點(diǎn)的距離會(huì)逐漸增大，因?yàn)橐呀?jīng)在鏈中的節(jié)點(diǎn)不能被再次訪，當(dāng)其中距離會(huì)逐漸增大，因?yàn)橐呀?jīng)在鏈中的

19、節(jié)點(diǎn)不能被再次訪，當(dāng)其中一個(gè)節(jié)點(diǎn)失效時(shí)，鏈必須重構(gòu)。一個(gè)節(jié)點(diǎn)失效時(shí)，鏈必須重構(gòu)。3. TEEN3. TEEN閾值敏感的高效傳感器網(wǎng)絡(luò)閾值敏感的高效傳感器網(wǎng)絡(luò)TEENTEEN協(xié)議協(xié)議(Threshold Sensitive (Threshold Sensitive Energy Efficient Sensor Network)Energy Efficient Sensor Network)，是一個(gè)基于簇群的路由協(xié)議，是一個(gè)基于簇群的路由協(xié)議，也是由也是由LEACHLEACH發(fā)展而來(lái)，在這個(gè)協(xié)議中定義了硬門限和軟門限兩個(gè)概發(fā)展而來(lái)，在這個(gè)協(xié)議中定義了硬門限和軟門限兩個(gè)概念。念。 由于報(bào)告時(shí)間以外

20、的時(shí)間，節(jié)點(diǎn)都會(huì)關(guān)閉發(fā)射機(jī)，因此節(jié)約了由于報(bào)告時(shí)間以外的時(shí)間，節(jié)點(diǎn)都會(huì)關(guān)閉發(fā)射機(jī)，因此節(jié)約了能量。能量。TEENTEEN的模型中假設(shè)條件為：的模型中假設(shè)條件為：網(wǎng)絡(luò)由一個(gè)基站和一個(gè)由傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)組成，并且網(wǎng)絡(luò)由一個(gè)基站和一個(gè)由傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)組成，并且傳感器節(jié)點(diǎn)都擁有相同的初始能量值；傳感器節(jié)點(diǎn)都擁有相同的初始能量值； 基站擁有持續(xù)的能量補(bǔ)充，可以方便的向節(jié)點(diǎn)傳送指令和數(shù)基站擁有持續(xù)的能量補(bǔ)充，可以方便的向節(jié)點(diǎn)傳送指令和數(shù)據(jù)。據(jù)。 TEENTEEN利用利用LEACHLEACH的策略形成簇群，在每次簇群重組的時(shí)候，群的策略形成簇群，在每次簇群重組的時(shí)候，群頭節(jié)點(diǎn)除了廣播數(shù)據(jù)屬性以外，

21、還要廣播硬門限和軟門限。其工作頭節(jié)點(diǎn)除了廣播數(shù)據(jù)屬性以外，還要廣播硬門限和軟門限。其工作過(guò)程為：節(jié)點(diǎn)連續(xù)地感應(yīng)周圍的情況過(guò)程為：節(jié)點(diǎn)連續(xù)地感應(yīng)周圍的情況( (此時(shí)發(fā)射機(jī)處于關(guān)閉或者休眠此時(shí)發(fā)射機(jī)處于關(guān)閉或者休眠狀態(tài)狀態(tài)) )，當(dāng)節(jié)點(diǎn)收集到的數(shù)據(jù)首次大于硬門限值時(shí)，節(jié)點(diǎn)就打開發(fā)射，當(dāng)節(jié)點(diǎn)收集到的數(shù)據(jù)首次大于硬門限值時(shí)，節(jié)點(diǎn)就打開發(fā)射機(jī)向群頭節(jié)點(diǎn)報(bào)告信息。感應(yīng)到的數(shù)據(jù)保存在節(jié)點(diǎn)內(nèi)部的一個(gè)狀態(tài)機(jī)向群頭節(jié)點(diǎn)報(bào)告信息。感應(yīng)到的數(shù)據(jù)保存在節(jié)點(diǎn)內(nèi)部的一個(gè)狀態(tài)變量變量(State Viable(State Viable，SV)SV)。當(dāng)最新感應(yīng)到的數(shù)據(jù)值大于硬門限并且。當(dāng)最新感應(yīng)到的數(shù)據(jù)值大于硬門限并且這個(gè)值

22、和這個(gè)值和SVSV的差值大于或等于軟門限時(shí)，節(jié)點(diǎn)才進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送。的差值大于或等于軟門限時(shí)，節(jié)點(diǎn)才進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送。這個(gè)算法適用于實(shí)時(shí)性要求較高的應(yīng)用場(chǎng)合，用戶可以及時(shí)獲取感這個(gè)算法適用于實(shí)時(shí)性要求較高的應(yīng)用場(chǎng)合，用戶可以及時(shí)獲取感興趣的信息。由于感應(yīng)數(shù)據(jù)所耗能量比傳輸數(shù)據(jù)所耗能量要少得多，雖興趣的信息。由于感應(yīng)數(shù)據(jù)所耗能量比傳輸數(shù)據(jù)所耗能量要少得多，雖然節(jié)點(diǎn)一直處于感應(yīng)狀態(tài)，但是由于減少了很多不必要的數(shù)據(jù)傳輸，因然節(jié)點(diǎn)一直處于感應(yīng)狀態(tài)，但是由于減少了很多不必要的數(shù)據(jù)傳輸，因此相對(duì)來(lái)說(shuō)還是節(jié)能的。該協(xié)議也有一些不足之處：此相對(duì)來(lái)說(shuō)還是節(jié)能的。該協(xié)議也有一些不足之處： 門限值達(dá)不到，節(jié)點(diǎn)就永遠(yuǎn)不會(huì)和簇

23、頭節(jié)點(diǎn)通信，用戶就無(wú)法從門限值達(dá)不到，節(jié)點(diǎn)就永遠(yuǎn)不會(huì)和簇頭節(jié)點(diǎn)通信，用戶就無(wú)法從網(wǎng)絡(luò)得到任何數(shù)據(jù)，即使節(jié)點(diǎn)已經(jīng)死亡，用戶也不知情；網(wǎng)絡(luò)得到任何數(shù)據(jù)，即使節(jié)點(diǎn)已經(jīng)死亡，用戶也不知情； TDMATDMA機(jī)制的運(yùn)用保證了群中不會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)沖撞的情況，但是如果機(jī)制的運(yùn)用保證了群中不會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)沖撞的情況，但是如果一個(gè)節(jié)點(diǎn)沒(méi)有數(shù)據(jù)要發(fā)送的話，屬于它的時(shí)隙就浪費(fèi)掉了，而其他節(jié)點(diǎn)一個(gè)節(jié)點(diǎn)沒(méi)有數(shù)據(jù)要發(fā)送的話，屬于它的時(shí)隙就浪費(fèi)掉了，而其他節(jié)點(diǎn)卻還在等待自己的時(shí)隙，這樣會(huì)向系統(tǒng)中引入過(guò)多的時(shí)延，不適于實(shí)時(shí)卻還在等待自己的時(shí)隙，這樣會(huì)向系統(tǒng)中引入過(guò)多的時(shí)延，不適于實(shí)時(shí)性要求太高的場(chǎng)合；性要求太高的場(chǎng)合； 沒(méi)有相應(yīng)的機(jī)

24、制去區(qū)分那些沒(méi)有感應(yīng)到足夠大變化的節(jié)點(diǎn)和處于沒(méi)有相應(yīng)的機(jī)制去區(qū)分那些沒(méi)有感應(yīng)到足夠大變化的節(jié)點(diǎn)和處于關(guān)閉狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)。群頭節(jié)點(diǎn)的接收機(jī)要時(shí)刻處于激活狀態(tài)，以便接收任關(guān)閉狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)。群頭節(jié)點(diǎn)的接收機(jī)要時(shí)刻處于激活狀態(tài)，以便接收任何時(shí)候由成員節(jié)點(diǎn)傳來(lái)的數(shù)據(jù)，在某種程度上增加了簇頭節(jié)點(diǎn)的負(fù)擔(dān)。何時(shí)候由成員節(jié)點(diǎn)傳來(lái)的數(shù)據(jù)，在某種程度上增加了簇頭節(jié)點(diǎn)的負(fù)擔(dān)。4. APTEEN4. APTEEN、TTDDTTDD和和EARSNEARSN協(xié)議協(xié)議 1 1）APTEENAPTEENAPTEEN (Adaptive Periodic FEEN)APTEEN (Adaptive Periodic FEEN)協(xié)議是對(duì)

25、協(xié)議是對(duì)TEENTEEN的擴(kuò)展，的擴(kuò)展，它是一種結(jié)合響應(yīng)型和主動(dòng)型傳感器網(wǎng)絡(luò)策略的混合型網(wǎng)絡(luò)路由它是一種結(jié)合響應(yīng)型和主動(dòng)型傳感器網(wǎng)絡(luò)策略的混合型網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議，可以根據(jù)用戶需要和應(yīng)用類型來(lái)設(shè)定協(xié)議的周期性和相關(guān)協(xié)議，可以根據(jù)用戶需要和應(yīng)用類型來(lái)設(shè)定協(xié)議的周期性和相關(guān)閥值，即可以周期性采集數(shù)據(jù)又可以對(duì)突發(fā)事件作出快速反應(yīng)。閥值，即可以周期性采集數(shù)據(jù)又可以對(duì)突發(fā)事件作出快速反應(yīng)。APTEENAPTEEN在在TEENTEEN的基礎(chǔ)上定義了一個(gè)計(jì)數(shù)時(shí)間，當(dāng)節(jié)點(diǎn)從上一次發(fā)的基礎(chǔ)上定義了一個(gè)計(jì)數(shù)時(shí)間，當(dāng)節(jié)點(diǎn)從上一次發(fā)送數(shù)據(jù)開始經(jīng)歷這個(gè)計(jì)數(shù)時(shí)間還沒(méi)有發(fā)送數(shù)據(jù)，那么不管當(dāng)前的送數(shù)據(jù)開始經(jīng)歷這個(gè)計(jì)數(shù)時(shí)間還沒(méi)有發(fā)送

26、數(shù)據(jù)，那么不管當(dāng)前的數(shù)據(jù)是否滿足軟、硬門限的要求都會(huì)發(fā)送這個(gè)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)是否滿足軟、硬門限的要求都會(huì)發(fā)送這個(gè)數(shù)據(jù)。APTEENAPTEEN可以可以通過(guò)改變計(jì)數(shù)時(shí)間來(lái)控制能量消耗。通過(guò)改變計(jì)數(shù)時(shí)間來(lái)控制能量消耗。 2 2）TTDDTTDD 雙列數(shù)據(jù)分發(fā)雙列數(shù)據(jù)分發(fā)TTDD(TWO-Tier Data Dissemination)TTDD(TWO-Tier Data Dissemination)，協(xié)議，協(xié)議假設(shè)節(jié)點(diǎn)靜態(tài)，且各節(jié)點(diǎn)的位置信息已知。網(wǎng)絡(luò)中可以存在多個(gè)假設(shè)節(jié)點(diǎn)靜態(tài)，且各節(jié)點(diǎn)的位置信息已知。網(wǎng)絡(luò)中可以存在多個(gè)SinkSink節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)，SinkSink節(jié)點(diǎn)可以在網(wǎng)絡(luò)中任意移動(dòng)。網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)以

27、虛節(jié)點(diǎn)可以在網(wǎng)絡(luò)中任意移動(dòng)。網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)以虛擬柵格的形式劃分為若干區(qū)域，當(dāng)監(jiān)測(cè)區(qū)域發(fā)生事件，附近的多擬柵格的形式劃分為若干區(qū)域，當(dāng)監(jiān)測(cè)區(qū)域發(fā)生事件，附近的多個(gè)節(jié)點(diǎn)將選擇一個(gè)節(jié)點(diǎn)觸發(fā)數(shù)據(jù)上報(bào)消息。發(fā)送數(shù)據(jù)上報(bào)消息的個(gè)節(jié)點(diǎn)將選擇一個(gè)節(jié)點(diǎn)觸發(fā)數(shù)據(jù)上報(bào)消息。發(fā)送數(shù)據(jù)上報(bào)消息的簇頭節(jié)點(diǎn)將上報(bào)報(bào)文發(fā)送給柵格外的其他簇頭節(jié)點(diǎn)將上報(bào)報(bào)文發(fā)送給柵格外的其他4 4個(gè)柵格的鄰接節(jié)點(diǎn)，個(gè)柵格的鄰接節(jié)點(diǎn)，由鄰接節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)給該柵格的另外由鄰接節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)給該柵格的另外3 3個(gè)鄰接節(jié)點(diǎn)，最后將上報(bào)的數(shù)個(gè)鄰接節(jié)點(diǎn)，最后將上報(bào)的數(shù)據(jù)報(bào)文發(fā)送到每一個(gè)柵格。這樣無(wú)論據(jù)報(bào)文發(fā)送到每一個(gè)柵格。這樣無(wú)論SinkSink節(jié)點(diǎn)移動(dòng)到網(wǎng)絡(luò)中的任節(jié)點(diǎn)

28、移動(dòng)到網(wǎng)絡(luò)中的任何地方，都能夠從距離最近的節(jié)點(diǎn)上收到上報(bào)的數(shù)據(jù)報(bào)文。何地方，都能夠從距離最近的節(jié)點(diǎn)上收到上報(bào)的數(shù)據(jù)報(bào)文。 3 3）EARSNEARSN 簇頭固定的分簇結(jié)構(gòu)路由協(xié)議簇頭固定的分簇結(jié)構(gòu)路由協(xié)議EARSN (Energy Aware EARSN (Energy Aware Routing for Cluster Based Sensor Network)Routing for Cluster Based Sensor Network)是基于三層體系是基于三層體系結(jié)構(gòu)的路由協(xié)議。該協(xié)議要求網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行前由終端用戶將傳感器節(jié)結(jié)構(gòu)的路由協(xié)議。該協(xié)議要求網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行前由終端用戶將傳感器節(jié)點(diǎn)劃分成簇，

29、并通知每個(gè)簇頭節(jié)點(diǎn)的點(diǎn)劃分成簇，并通知每個(gè)簇頭節(jié)點(diǎn)的IDID標(biāo)識(shí)和簇內(nèi)所分配節(jié)點(diǎn)的標(biāo)識(shí)和簇內(nèi)所分配節(jié)點(diǎn)的位置信息。傳感器節(jié)點(diǎn)可以以活動(dòng)方式和備用的低能源方式兩種位置信息。傳感器節(jié)點(diǎn)可以以活動(dòng)方式和備用的低能源方式兩種方式運(yùn)行，并可以感知、轉(zhuǎn)發(fā)、感知并轉(zhuǎn)發(fā)和休眠方式運(yùn)行，并可以感知、轉(zhuǎn)發(fā)、感知并轉(zhuǎn)發(fā)和休眠4 4種方式之一種方式之一存在。與其他路由協(xié)議不同的是，該協(xié)議的簇頭不受能量的限制。存在。與其他路由協(xié)議不同的是，該協(xié)議的簇頭不受能量的限制。它作為網(wǎng)絡(luò)的中心管理者，可以監(jiān)控節(jié)點(diǎn)的能量變化，決定并維它作為網(wǎng)絡(luò)的中心管理者，可以監(jiān)控節(jié)點(diǎn)的能量變化，決定并維護(hù)傳感器的護(hù)傳感器的4 4種狀態(tài)。算法依據(jù)

30、兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間的能量消耗、延遲最種狀態(tài)。算法依據(jù)兩個(gè)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)。簇頭節(jié)點(diǎn)利用代價(jià)函數(shù)作為優(yōu)化等性能指標(biāo)計(jì)算路徑代價(jià)函數(shù)。簇頭節(jié)點(diǎn)利用代價(jià)函數(shù)作為鏈路成本，選擇最小成本的路徑作為節(jié)點(diǎn)與其通信的最優(yōu)路徑。鏈路成本，選擇最小成本的路徑作為節(jié)點(diǎn)與其通信的最優(yōu)路徑。經(jīng)仿真分析，該協(xié)議在運(yùn)行過(guò)程中具有很好的節(jié)能性、較高的吞經(jīng)仿真分析，該協(xié)議在運(yùn)行過(guò)程中具有很好的節(jié)能性、較高的吞吐量和較低的通信延遲。吐量和較低的通信延遲。5 5） 平面路由協(xié)議和層次路由協(xié)議比較平面路由協(xié)議和層次路由協(xié)議比較表表7-17-1為各種協(xié)議之間的簡(jiǎn)單對(duì)比，主要從移動(dòng)性、能量需求、路為各種協(xié)議

31、之間的簡(jiǎn)單對(duì)比，主要從移動(dòng)性、能量需求、路徑長(zhǎng)度、擴(kuò)展性、路由狀態(tài)復(fù)雜度、計(jì)算和通信所需開銷、數(shù)據(jù)徑長(zhǎng)度、擴(kuò)展性、路由狀態(tài)復(fù)雜度、計(jì)算和通信所需開銷、數(shù)據(jù)融合技術(shù)等多方面進(jìn)行了分析比較。融合技術(shù)等多方面進(jìn)行了分析比較?？傮w來(lái)看，由于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的不同，平面路由和層次路由體現(xiàn)總體來(lái)看，由于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的不同，平面路由和層次路由體現(xiàn)出了以下幾處差異。出了以下幾處差異。 移動(dòng)性移動(dòng)性 能量使用能量使用 路由選擇路由選擇 可拓展性可拓展性 開銷開銷 4.8.4 4.8.4 能量感知路由能量感知路由1. 1. 能量消耗源能量消耗源 1 1）通信相關(guān)的能量消耗）通信相關(guān)的能量消耗 2 2）計(jì)算相關(guān)的能量消耗）計(jì)算

32、相關(guān)的能量消耗 2.2.能量路由能量路由能量路由是最早提出的傳感器網(wǎng)絡(luò)路由機(jī)制之一，根據(jù)節(jié)點(diǎn)能量路由是最早提出的傳感器網(wǎng)絡(luò)路由機(jī)制之一，根據(jù)節(jié)點(diǎn)的可用能量的可用能量(Power Available(Power Available，PA)PA)或傳輸路徑上鏈路的能量需或傳輸路徑上鏈路的能量需求，選擇數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)路徑。節(jié)點(diǎn)可用能量就是節(jié)點(diǎn)當(dāng)前的剩余能求，選擇數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)路徑。節(jié)點(diǎn)可用能量就是節(jié)點(diǎn)當(dāng)前的剩余能量。在如圖量。在如圖7-67-6所示的網(wǎng)絡(luò)中，源節(jié)點(diǎn)是一般功能的傳感器節(jié)點(diǎn)，所示的網(wǎng)絡(luò)中，源節(jié)點(diǎn)是一般功能的傳感器節(jié)點(diǎn)，完成數(shù)據(jù)采集工作。完成數(shù)據(jù)采集工作。匯聚節(jié)點(diǎn)是數(shù)據(jù)發(fā)送的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)。大寫字母表示

33、節(jié)點(diǎn)，如節(jié)點(diǎn)匯聚節(jié)點(diǎn)是數(shù)據(jù)發(fā)送的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)。大寫字母表示節(jié)點(diǎn)，如節(jié)點(diǎn)A A，節(jié)點(diǎn)右側(cè)括號(hào)內(nèi)的數(shù)字表示節(jié)點(diǎn)的可用能量。圖中的雙向線表示節(jié)點(diǎn)之節(jié)點(diǎn)右側(cè)括號(hào)內(nèi)的數(shù)字表示節(jié)點(diǎn)的可用能量。圖中的雙向線表示節(jié)點(diǎn)之間的通信鏈路，鏈路上的數(shù)字表示在該鏈路上發(fā)送數(shù)據(jù)消耗的能量。在間的通信鏈路，鏈路上的數(shù)字表示在該鏈路上發(fā)送數(shù)據(jù)消耗的能量。在圖中，從源節(jié)點(diǎn)到匯聚節(jié)點(diǎn)的可能路徑有圖中，從源節(jié)點(diǎn)到匯聚節(jié)點(diǎn)的可能路徑有4 4條。條。 路徑路徑1 1：源節(jié)點(diǎn)：源節(jié)點(diǎn)B BA A匯聚節(jié)點(diǎn)，路徑上所有節(jié)點(diǎn)匯聚節(jié)點(diǎn)，路徑上所有節(jié)點(diǎn)PAPA之和為之和為4 4，在該路，在該路徑上發(fā)送分組需要的能量之和為徑上發(fā)送分組需要的能量之和為3

34、 3； 路徑路徑2 2：源節(jié)點(diǎn)：源節(jié)點(diǎn)C CB BA A匯聚節(jié)點(diǎn)，路徑上所有節(jié)點(diǎn)匯聚節(jié)點(diǎn)，路徑上所有節(jié)點(diǎn)PAPA之和為之和為6 6，在，在該路徑上發(fā)送分組需要的能量之和為該路徑上發(fā)送分組需要的能量之和為6 6； 路徑路徑3 3：源節(jié)點(diǎn)：源節(jié)點(diǎn)D D匯聚節(jié)點(diǎn)，路徑上所有節(jié)點(diǎn)匯聚節(jié)點(diǎn)，路徑上所有節(jié)點(diǎn)PAPA之和為之和為3 3，在該路上，在該路上發(fā)送分組需要的能量之和為發(fā)送分組需要的能量之和為4 4； 路徑路徑4 4：源節(jié)點(diǎn)：源節(jié)點(diǎn)F FE E匯聚節(jié)點(diǎn)，路徑上所有節(jié)點(diǎn)匯聚節(jié)點(diǎn)，路徑上所有節(jié)點(diǎn)PAPA之和為之和為5 5，在該路，在該路徑上發(fā)送分組需要的能量之和為徑上發(fā)送分組需要的能量之和為6 6。 能

35、量路由選擇策略主要有以下幾種：最大可用能量路由、最小能量消耗能量路由選擇策略主要有以下幾種：最大可用能量路由、最小能量消耗路由、最少跳數(shù)路由和最大最小路由、最少跳數(shù)路由和最大最小PAPA節(jié)點(diǎn)路由。節(jié)點(diǎn)路由。3.3.能量多路徑路由能量多路徑路由 能量多路徑路由的主要流程描述如下：能量多路徑路由的主要流程描述如下：(1)(1)發(fā)起路徑建立發(fā)起路徑建立目的節(jié)點(diǎn)廣播路徑建立消息，啟動(dòng)路徑建立過(guò)程。廣播消息中目的節(jié)點(diǎn)廣播路徑建立消息，啟動(dòng)路徑建立過(guò)程。廣播消息中包含一個(gè)代價(jià)域，表示發(fā)出該消息的節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)路徑上的能量信包含一個(gè)代價(jià)域，表示發(fā)出該消息的節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)路徑上的能量信息，設(shè)初始值為零。息，設(shè)

36、初始值為零。(2)(2)判斷是否轉(zhuǎn)發(fā)路徑建立消息判斷是否轉(zhuǎn)發(fā)路徑建立消息當(dāng)某一個(gè)節(jié)點(diǎn)接收到鄰居節(jié)點(diǎn)發(fā)送的路徑建立消息時(shí)，與發(fā)送當(dāng)某一個(gè)節(jié)點(diǎn)接收到鄰居節(jié)點(diǎn)發(fā)送的路徑建立消息時(shí)，與發(fā)送該消息的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行比較，如果自己距離源節(jié)點(diǎn)更近，并且距離目的節(jié)該消息的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行比較，如果自己距離源節(jié)點(diǎn)更近，并且距離目的節(jié)點(diǎn)更遠(yuǎn)的情況下，才轉(zhuǎn)發(fā)該路徑建立消息，否則丟棄該消息。點(diǎn)更遠(yuǎn)的情況下，才轉(zhuǎn)發(fā)該路徑建立消息，否則丟棄該消息。(3)(3)計(jì)算能量代價(jià)計(jì)算能量代價(jià)如果節(jié)點(diǎn)決定轉(zhuǎn)發(fā)路徑建立消息，需要計(jì)算新的代價(jià)值來(lái)替代如果節(jié)點(diǎn)決定轉(zhuǎn)發(fā)路徑建立消息，需要計(jì)算新的代價(jià)值來(lái)替代原來(lái)的代價(jià)值。原來(lái)的代價(jià)值。 (4)(4)節(jié)點(diǎn)加

37、入路徑條件節(jié)點(diǎn)加入路徑條件代價(jià)太大的路徑對(duì)網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間沒(méi)有益處，因此并非每個(gè)路代價(jià)太大的路徑對(duì)網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間沒(méi)有益處，因此并非每個(gè)路徑都是可用的，節(jié)點(diǎn)需要丟棄代價(jià)太大的路徑。徑都是可用的，節(jié)點(diǎn)需要丟棄代價(jià)太大的路徑。 (5)(5)節(jié)點(diǎn)選擇概率計(jì)算節(jié)點(diǎn)選擇概率計(jì)算為了均衡網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的能量消耗，節(jié)點(diǎn)選擇概率需與能量消為了均衡網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的能量消耗，節(jié)點(diǎn)選擇概率需與能量消耗成反比。耗成反比。 (6)(6)代價(jià)平均值計(jì)算代價(jià)平均值計(jì)算節(jié)點(diǎn)根據(jù)路由表中的能量代價(jià)和下一跳節(jié)點(diǎn)選擇概率計(jì)算本節(jié)點(diǎn)根據(jù)路由表中的能量代價(jià)和下一跳節(jié)點(diǎn)選擇概率計(jì)算本身到目的節(jié)點(diǎn)的代價(jià)。身到目的節(jié)點(diǎn)的代價(jià)。4.8.54.8.5基于查詢的

38、路由基于查詢的路由基于查詢的路由協(xié)議，在需要不斷查詢傳感器節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)基于查詢的路由協(xié)議，在需要不斷查詢傳感器節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)的應(yīng)用中，通信流量主要產(chǎn)生于查詢節(jié)點(diǎn)和傳感器節(jié)點(diǎn)之間的據(jù)的應(yīng)用中，通信流量主要產(chǎn)生于查詢節(jié)點(diǎn)和傳感器節(jié)點(diǎn)之間的命令和數(shù)據(jù)傳輸，同時(shí)傳感器節(jié)點(diǎn)的采樣信息在傳輸路徑上通常命令和數(shù)據(jù)傳輸，同時(shí)傳感器節(jié)點(diǎn)的采樣信息在傳輸路徑上通常要進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，通過(guò)減少通信流量來(lái)節(jié)省能量。要進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，通過(guò)減少通信流量來(lái)節(jié)省能量。1.1.定向擴(kuò)散路由定向擴(kuò)散路由定向擴(kuò)散定向擴(kuò)散(Directed Diffusion(Directed Diffusion，DD)DD)是一種基于查詢的路由是一種基

39、于查詢的路由機(jī)制，是專門為無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的。機(jī)制，是專門為無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的。 定向擴(kuò)散路由機(jī)制包括周期性的興趣擴(kuò)散、梯度建立、數(shù)據(jù)定向擴(kuò)散路由機(jī)制包括周期性的興趣擴(kuò)散、梯度建立、數(shù)據(jù)傳播、路徑加強(qiáng)等階段傳播、路徑加強(qiáng)等階段 。1 1）興趣擴(kuò)散階段）興趣擴(kuò)散階段在興趣擴(kuò)散階段，匯聚節(jié)點(diǎn)周期性在興趣擴(kuò)散階段，匯聚節(jié)點(diǎn)周期性地向鄰居節(jié)點(diǎn)廣播興趣消息。興趣消息地向鄰居節(jié)點(diǎn)廣播興趣消息。興趣消息中含有任務(wù)類型、事件區(qū)域、數(shù)據(jù)發(fā)送中含有任務(wù)類型、事件區(qū)域、數(shù)據(jù)發(fā)送速率、時(shí)間戳等參數(shù)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)在本地速率、時(shí)間戳等參數(shù)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)在本地保存一個(gè)興趣列表，對(duì)于每一個(gè)興趣，保存一個(gè)興趣列表，對(duì)于每一個(gè)興趣，

40、列表中都有一個(gè)表項(xiàng)來(lái)記錄該消息的鄰列表中都有一個(gè)表項(xiàng)來(lái)記錄該消息的鄰居節(jié)點(diǎn)、數(shù)據(jù)發(fā)送速率和時(shí)間戳等任務(wù)居節(jié)點(diǎn)、數(shù)據(jù)發(fā)送速率和時(shí)間戳等任務(wù)相關(guān)信息，以建立該節(jié)點(diǎn)向匯聚節(jié)點(diǎn)傳相關(guān)信息，以建立該節(jié)點(diǎn)向匯聚節(jié)點(diǎn)傳遞數(shù)據(jù)的梯度關(guān)系。遞數(shù)據(jù)的梯度關(guān)系。 2 2）梯度建立階段）梯度建立階段 DDDD協(xié)議需要在傳感器節(jié)點(diǎn)和協(xié)議需要在傳感器節(jié)點(diǎn)和SinkSink節(jié)點(diǎn)之間建立梯度，以保證節(jié)點(diǎn)之間建立梯度，以保證可靠的傳輸數(shù)據(jù)。網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)從鄰居節(jié)點(diǎn)接收到一個(gè)興趣消息可靠的傳輸數(shù)據(jù)。網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)從鄰居節(jié)點(diǎn)接收到一個(gè)興趣消息時(shí)，無(wú)法判斷此消息是否是己處理過(guò)的，或者是否和另一個(gè)方向時(shí)，無(wú)法判斷此消息是否是己處理過(guò)的，或

41、者是否和另一個(gè)方向的鄰居節(jié)點(diǎn)所發(fā)來(lái)的興趣消息相同，所以當(dāng)興趣消息在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的鄰居節(jié)點(diǎn)所發(fā)來(lái)的興趣消息相同，所以當(dāng)興趣消息在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)散的時(shí)候，相鄰的節(jié)點(diǎn)彼此都建立一個(gè)梯度。這樣的優(yōu)點(diǎn)是加擴(kuò)散的時(shí)候，相鄰的節(jié)點(diǎn)彼此都建立一個(gè)梯度。這樣的優(yōu)點(diǎn)是加快了無(wú)效路徑的修復(fù)，有利于路徑的加強(qiáng)，從而不會(huì)產(chǎn)生持久的快了無(wú)效路徑的修復(fù)，有利于路徑的加強(qiáng)，從而不會(huì)產(chǎn)生持久的環(huán)路，但同時(shí)也導(dǎo)致了一個(gè)節(jié)點(diǎn)可能會(huì)收到多個(gè)相同的興趣消息，環(huán)路，但同時(shí)也導(dǎo)致了一個(gè)節(jié)點(diǎn)可能會(huì)收到多個(gè)相同的興趣消息，造成消息在網(wǎng)絡(luò)中的泛濫。造成消息在網(wǎng)絡(luò)中的泛濫。3 3）數(shù)據(jù)傳播階段）數(shù)據(jù)傳播階段 當(dāng)傳感器節(jié)點(diǎn)采集到與興趣匹配的數(shù)據(jù)時(shí)，把數(shù)據(jù)發(fā)

42、送到梯當(dāng)傳感器節(jié)點(diǎn)采集到與興趣匹配的數(shù)據(jù)時(shí)，把數(shù)據(jù)發(fā)送到梯度上的鄰居節(jié)點(diǎn)，并按照梯度上的數(shù)據(jù)傳輸速率設(shè)定傳感器模塊度上的鄰居節(jié)點(diǎn)，并按照梯度上的數(shù)據(jù)傳輸速率設(shè)定傳感器模塊采集數(shù)據(jù)的速率。由于可能從多個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)收到興趣消息，節(jié)點(diǎn)采集數(shù)據(jù)的速率。由于可能從多個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)收到興趣消息，節(jié)點(diǎn)向多個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)，匯聚節(jié)點(diǎn)可能收到經(jīng)過(guò)多個(gè)路徑的相向多個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)，匯聚節(jié)點(diǎn)可能收到經(jīng)過(guò)多個(gè)路徑的相同數(shù)據(jù)。中間節(jié)點(diǎn)收到其他節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)后，首先查詢興趣列同數(shù)據(jù)。中間節(jié)點(diǎn)收到其他節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)后，首先查詢興趣列表的表項(xiàng)。如果沒(méi)有匹配的興趣表項(xiàng)就丟棄數(shù)據(jù)；如果存在相應(yīng)表的表項(xiàng)。如果沒(méi)有匹配的興趣表項(xiàng)就丟棄

43、數(shù)據(jù)；如果存在相應(yīng)的興趣表項(xiàng)，則檢查與這個(gè)興趣對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的興趣表項(xiàng)，則檢查與這個(gè)興趣對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)( (數(shù)據(jù)緩沖區(qū)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)保存了最近轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)保存了最近轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)) )。如果在數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中有與接收到的數(shù)據(jù)匹配的副本，說(shuō)明已如果在數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中有與接收到的數(shù)據(jù)匹配的副本，說(shuō)明已經(jīng)轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)這個(gè)數(shù)據(jù)，為避免出現(xiàn)傳輸環(huán)路將丟棄這個(gè)數(shù)據(jù)，否則，經(jīng)轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)這個(gè)數(shù)據(jù)，為避免出現(xiàn)傳輸環(huán)路將丟棄這個(gè)數(shù)據(jù)，否則，檢查該興趣表項(xiàng)中的鄰居節(jié)點(diǎn)信息。如果設(shè)置的鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)發(fā)檢查該興趣表項(xiàng)中的鄰居節(jié)點(diǎn)信息。如果設(shè)置的鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)發(fā)送速率大于等于接收的數(shù)據(jù)速率，則全部轉(zhuǎn)發(fā)接收的數(shù)據(jù)；如果送速率大于等于接收的數(shù)據(jù)速率，則

44、全部轉(zhuǎn)發(fā)接收的數(shù)據(jù)；如果記錄的鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)發(fā)送速率小于接收的數(shù)據(jù)速率，則按照比例記錄的鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)發(fā)送速率小于接收的數(shù)據(jù)速率，則按照比例轉(zhuǎn)發(fā)。對(duì)于轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)緩沖區(qū)將保留一個(gè)副本，并記錄轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)發(fā)。對(duì)于轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)緩沖區(qū)將保留一個(gè)副本，并記錄轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)間。發(fā)時(shí)間。 4 4）路徑加強(qiáng)階段）路徑加強(qiáng)階段定向擴(kuò)散路由機(jī)制通過(guò)正向加強(qiáng)機(jī)制來(lái)建立優(yōu)化路徑，并根定向擴(kuò)散路由機(jī)制通過(guò)正向加強(qiáng)機(jī)制來(lái)建立優(yōu)化路徑，并根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖兓薷臄?shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的梯度關(guān)系。興趣擴(kuò)散階段是為據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖兓薷臄?shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的梯度關(guān)系。興趣擴(kuò)散階段是為了建立源節(jié)點(diǎn)到匯聚節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸路徑，數(shù)據(jù)源節(jié)點(diǎn)以較低的了建立源節(jié)點(diǎn)到匯聚節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)

45、傳輸路徑，數(shù)據(jù)源節(jié)點(diǎn)以較低的速率采集和發(fā)送數(shù)據(jù)，稱這個(gè)階段建立的梯度為探測(cè)梯度速率采集和發(fā)送數(shù)據(jù)，稱這個(gè)階段建立的梯度為探測(cè)梯度(probe (probe gradient)gradient)。匯聚節(jié)點(diǎn)在收到從源節(jié)點(diǎn)發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)后，啟動(dòng)建立。匯聚節(jié)點(diǎn)在收到從源節(jié)點(diǎn)發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)后，啟動(dòng)建立匯聚節(jié)點(diǎn)到源節(jié)點(diǎn)的加強(qiáng)路徑，后續(xù)數(shù)據(jù)將沿著加強(qiáng)路徑以較高匯聚節(jié)點(diǎn)到源節(jié)點(diǎn)的加強(qiáng)路徑，后續(xù)數(shù)據(jù)將沿著加強(qiáng)路徑以較高的數(shù)據(jù)速率進(jìn)行傳輸，加強(qiáng)后的梯度稱為數(shù)據(jù)梯度的數(shù)據(jù)速率進(jìn)行傳輸，加強(qiáng)后的梯度稱為數(shù)據(jù)梯度(data (data gradient)gradient)。2.2.謠傳路由謠傳路由謠傳路由謠傳路由(Rumor

46、Routing)(Rumor Routing)，其路由的建立是由，其路由的建立是由SinkSink節(jié)點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)和源節(jié)點(diǎn)共同發(fā)起并完成的。謠傳路由借鑒了歐氏平面圖上任意兩源節(jié)點(diǎn)共同發(fā)起并完成的。謠傳路由借鑒了歐氏平面圖上任意兩條曲線交叉幾率很大的思想，當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)檢測(cè)到一個(gè)事件，它將條曲線交叉幾率很大的思想，當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)檢測(cè)到一個(gè)事件，它將事件增加到該節(jié)點(diǎn)自身保存的表單，稱為事件表。然后產(chǎn)生一個(gè)事件增加到該節(jié)點(diǎn)自身保存的表單，稱為事件表。然后產(chǎn)生一個(gè)被稱為代理被稱為代理(agent)(agent)的生命期較長(zhǎng)的數(shù)據(jù)包，代理消息沿著隨機(jī)的生命期較長(zhǎng)的數(shù)據(jù)包，代理消息沿著隨機(jī)路徑向外擴(kuò)散傳播，同時(shí)匯聚節(jié)點(diǎn)

47、發(fā)送的查詢消息也沿隨機(jī)路徑路徑向外擴(kuò)散傳播，同時(shí)匯聚節(jié)點(diǎn)發(fā)送的查詢消息也沿隨機(jī)路徑在網(wǎng)絡(luò)中傳播。當(dāng)代理消息和查詢消息的傳輸路徑交叉在一起時(shí)，在網(wǎng)絡(luò)中傳播。當(dāng)代理消息和查詢消息的傳輸路徑交叉在一起時(shí)，就會(huì)形成一條匯聚節(jié)點(diǎn)到事件區(qū)域的完整路徑，謠傳路由的原理就會(huì)形成一條匯聚節(jié)點(diǎn)到事件區(qū)域的完整路徑，謠傳路由的原理如圖如圖7-87-8所示。所示。圈中區(qū)域表示發(fā)生事件的區(qū)域，圓點(diǎn)表示傳感器節(jié)點(diǎn)，黑色圈中區(qū)域表示發(fā)生事件的區(qū)域，圓點(diǎn)表示傳感器節(jié)點(diǎn)，黑色圓點(diǎn)表示代理消息經(jīng)過(guò)的傳感器節(jié)點(diǎn)，灰色圓點(diǎn)表示查詢消息經(jīng)圓點(diǎn)表示代理消息經(jīng)過(guò)的傳感器節(jié)點(diǎn)，灰色圓點(diǎn)表示查詢消息經(jīng)過(guò)的傳感器節(jié)點(diǎn)，連接灰色節(jié)點(diǎn)和部分黑色節(jié)點(diǎn)

48、的路徑表示事件過(guò)的傳感器節(jié)點(diǎn)，連接灰色節(jié)點(diǎn)和部分黑色節(jié)點(diǎn)的路徑表示事件區(qū)域到匯聚節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸路徑。區(qū)域到匯聚節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸路徑。謠傳路由協(xié)議的執(zhí)行過(guò)程如下：謠傳路由協(xié)議的執(zhí)行過(guò)程如下： 每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)維護(hù)一個(gè)鄰居列表和一個(gè)事件列表。每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)維護(hù)一個(gè)鄰居列表和一個(gè)事件列表。 當(dāng)傳感器節(jié)點(diǎn)在本地檢測(cè)到一個(gè)事件時(shí)，就在事件列表中增當(dāng)傳感器節(jié)點(diǎn)在本地檢測(cè)到一個(gè)事件時(shí)，就在事件列表中增加一個(gè)表項(xiàng)，設(shè)置相關(guān)的事件名稱、跳數(shù)等，同時(shí)根據(jù)一定的概率加一個(gè)表項(xiàng)，設(shè)置相關(guān)的事件名稱、跳數(shù)等，同時(shí)根據(jù)一定的概率產(chǎn)生一個(gè)代理消息。代理消息是一個(gè)包含生命期等事件信息的分組，產(chǎn)生一個(gè)代理消息。代理消息是一個(gè)包含生

49、命期等事件信息的分組，用來(lái)攜帶相關(guān)的信息通告給它傳輸經(jīng)過(guò)的每一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)。用來(lái)攜帶相關(guān)的信息通告給它傳輸經(jīng)過(guò)的每一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)。 網(wǎng)絡(luò)的任何節(jié)點(diǎn)都可以對(duì)一個(gè)特定的事件生成查詢消息。網(wǎng)絡(luò)的任何節(jié)點(diǎn)都可以對(duì)一個(gè)特定的事件生成查詢消息。 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(diǎn)會(huì)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(diǎn)會(huì)沿著查詢消息的反方向?qū)⑹录畔魉偷讲樵児?jié)點(diǎn)。如果查詢節(jié)點(diǎn)沿著查詢消息的反方向?qū)⑹录畔魉偷讲樵児?jié)點(diǎn)。如果查詢節(jié)點(diǎn)在一段時(shí)間內(nèi)沒(méi)有收到事件消息，就認(rèn)為查詢消息并沒(méi)有到達(dá)事件在一段時(shí)間內(nèi)沒(méi)有收到事件消息，就認(rèn)為查詢消息并沒(méi)有到達(dá)事件區(qū)域，可以選擇重傳、放棄或洪泛

50、查詢。區(qū)域，可以選擇重傳、放棄或洪泛查詢。4.8.64.8.6地理位置路由地理位置路由1. GEAR1. GEAR路由路由 1 1）GEARGEAR路由的基本思想路由的基本思想GEARGEAR采用查詢驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)傳送模式，根據(jù)事件區(qū)域的地理位置采用查詢驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)傳送模式，根據(jù)事件區(qū)域的地理位置信息，建立基站或者匯聚節(jié)點(diǎn)到事件區(qū)域的優(yōu)化路徑，避免泛洪信息，建立基站或者匯聚節(jié)點(diǎn)到事件區(qū)域的優(yōu)化路徑，避免泛洪查詢消息，從而減少了路由建立的開銷。查詢消息，從而減少了路由建立的開銷。GEARGEAR算法中提出，傳感算法中提出，傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)經(jīng)常包含了位置屬性信息，利用這一信息，把在器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)經(jīng)常包含了

51、位置屬性信息，利用這一信息，把在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中擴(kuò)散的信息傳送到適當(dāng)?shù)奈恢脜^(qū)域中。整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中擴(kuò)散的信息傳送到適當(dāng)?shù)奈恢脜^(qū)域中。2 2） GEAR GEAR中查詢消息的傳播中查詢消息的傳播 (1) (1) 查詢消息傳送到事件區(qū)域查詢消息傳送到事件區(qū)域 GEARGEAR路由用實(shí)際代價(jià)路由用實(shí)際代價(jià)(1earned cost)(1earned cost)和估計(jì)代價(jià)和估計(jì)代價(jià)(estimated (estimated cost)cost)兩種代價(jià)值來(lái)表示路徑代價(jià)。兩種代價(jià)值來(lái)表示路徑代價(jià)。GEARGEAR通過(guò)如圖通過(guò)如圖7-97-9所示的方式所示的方式來(lái)解決通信空洞問(wèn)題，從而使路由進(jìn)行下去。來(lái)解決通信空洞問(wèn)

52、題，從而使路由進(jìn)行下去。 (2) (2) 查詢消息在事件區(qū)域內(nèi)傳播查詢消息在事件區(qū)域內(nèi)傳播當(dāng)查詢命令被轉(zhuǎn)發(fā)進(jìn)入事件區(qū)域后，大多數(shù)情況下采用遞歸的、基當(dāng)查詢命令被轉(zhuǎn)發(fā)進(jìn)入事件區(qū)域后，大多數(shù)情況下采用遞歸的、基于地理信息的轉(zhuǎn)發(fā)方式在事件區(qū)域內(nèi)發(fā)布查詢命令。如圖于地理信息的轉(zhuǎn)發(fā)方式在事件區(qū)域內(nèi)發(fā)布查詢命令。如圖7-107-10所示，假所示，假設(shè)大矩形就是事件區(qū)域，當(dāng)路由查詢命令轉(zhuǎn)發(fā)到了位于事件區(qū)域內(nèi)的設(shè)大矩形就是事件區(qū)域，當(dāng)路由查詢命令轉(zhuǎn)發(fā)到了位于事件區(qū)域內(nèi)的N Ni i節(jié)點(diǎn)時(shí)，節(jié)點(diǎn)時(shí)，N Ni i發(fā)現(xiàn)自己就在事件區(qū)域內(nèi)，于是把事件區(qū)域分成發(fā)現(xiàn)自己就在事件區(qū)域內(nèi)，于是把事件區(qū)域分成4 4個(gè)小矩形區(qū)個(gè)

53、小矩形區(qū)域，把查詢命令向這域，把查詢命令向這4 4個(gè)子事件區(qū)域進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，在向子區(qū)域轉(zhuǎn)發(fā)分組的時(shí)個(gè)子事件區(qū)域進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，在向子區(qū)域轉(zhuǎn)發(fā)分組的時(shí)候同樣遵循前面所講的規(guī)則。重復(fù)這個(gè)區(qū)域劃分和轉(zhuǎn)發(fā)的過(guò)程，一直到候同樣遵循前面所講的規(guī)則。重復(fù)這個(gè)區(qū)域劃分和轉(zhuǎn)發(fā)的過(guò)程，一直到滿足停止轉(zhuǎn)發(fā)的時(shí)候?yàn)橹?。滿足停止轉(zhuǎn)發(fā)的時(shí)候?yàn)橹埂?3)GEAR(3)GEAR路由的性能路由的性能 GEAR GEAR路由定義估計(jì)路由代價(jià)為節(jié)點(diǎn)到事件區(qū)域的距離和節(jié)路由定義估計(jì)路由代價(jià)為節(jié)點(diǎn)到事件區(qū)域的距離和節(jié)點(diǎn)剩余能量，并利用捎帶機(jī)制獲取實(shí)際路由代價(jià)，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸點(diǎn)剩余能量，并利用捎帶機(jī)制獲取實(shí)際路由代價(jià)，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆窂絻?yōu)化，從而形

54、成能量高效的數(shù)據(jù)傳輸路徑。的路徑優(yōu)化，從而形成能量高效的數(shù)據(jù)傳輸路徑。GEARGEAR路由采用路由采用的貪婪算法是一個(gè)局部最優(yōu)的算法，適合無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的貪婪算法是一個(gè)局部最優(yōu)的算法，適合無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)只知道局部拓?fù)湫畔⒌那闆r，其缺點(diǎn)是由于缺乏足夠的拓?fù)湫畔?，只知道局部拓?fù)湫畔⒌那闆r，其缺點(diǎn)是由于缺乏足夠的拓?fù)湫畔?，路由過(guò)程中可能遇到路由空洞，反而降低了路由效率。如果節(jié)點(diǎn)路由過(guò)程中可能遇到路由空洞，反而降低了路由效率。如果節(jié)點(diǎn)擁有相鄰兩跳節(jié)點(diǎn)的地理位置信息，可以大大減少路由空洞的產(chǎn)擁有相鄰兩跳節(jié)點(diǎn)的地理位置信息，可以大大減少路由空洞的產(chǎn)生概率。生概率。GEARGEAR路由中假設(shè)節(jié)點(diǎn)

55、的地理位置固定或變化不頻繁，適路由中假設(shè)節(jié)點(diǎn)的地理位置固定或變化不頻繁，適用于節(jié)點(diǎn)移動(dòng)性不強(qiáng)的應(yīng)用環(huán)境。用于節(jié)點(diǎn)移動(dòng)性不強(qiáng)的應(yīng)用環(huán)境。2. GAF2. GAF路由路由地域自適應(yīng)保真算法地域自適應(yīng)保真算法GAF (Geographic Adaptive Fidelity)GAF (Geographic Adaptive Fidelity)是基于有限能量和位置信息的路由算法，它原本是為移動(dòng)是基于有限能量和位置信息的路由算法，它原本是為移動(dòng)Ad HocAd Hoc網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的，但同樣可以應(yīng)用于傳感器網(wǎng)絡(luò)，因?yàn)樗奶摂M網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的，但同樣可以應(yīng)用于傳感器網(wǎng)絡(luò)，因?yàn)樗奶摂M網(wǎng)格思想為分簇機(jī)制提供了新思路

56、。思想為分簇機(jī)制提供了新思路。GAFGAF在不影響路由有效性的情況在不影響路由有效性的情況下，通過(guò)關(guān)閉一幽不需要的節(jié)點(diǎn)來(lái)節(jié)省能量，同時(shí)還考慮了所有下，通過(guò)關(guān)閉一幽不需要的節(jié)點(diǎn)來(lái)節(jié)省能量，同時(shí)還考慮了所有節(jié)點(diǎn)能量消耗的均衡性。節(jié)點(diǎn)能量消耗的均衡性。GAFGAF協(xié)議中，網(wǎng)絡(luò)被劃分為若干固定區(qū)域，形成一個(gè)虛擬網(wǎng)協(xié)議中，網(wǎng)絡(luò)被劃分為若干固定區(qū)域，形成一個(gè)虛擬網(wǎng)格。節(jié)點(diǎn)通過(guò)格。節(jié)點(diǎn)通過(guò)GPSGPS定位獲取自己在網(wǎng)格中所處的定位獲取自己在網(wǎng)格中所處的“位置位置”，如果兩，如果兩個(gè)節(jié)點(diǎn)處在相同個(gè)節(jié)點(diǎn)處在相同“位置位置”，則認(rèn)為它們?cè)诼酚蓵r(shí)是等價(jià)的，則認(rèn)為它們?cè)诼酚蓵r(shí)是等價(jià)的( (分組分組轉(zhuǎn)發(fā)能耗水平相等轉(zhuǎn)發(fā)

57、能耗水平相等) )。等價(jià)節(jié)點(diǎn)中只需有一個(gè)處于工作狀態(tài)，其余節(jié)點(diǎn)可以進(jìn)入睡等價(jià)節(jié)點(diǎn)中只需有一個(gè)處于工作狀態(tài)，其余節(jié)點(diǎn)可以進(jìn)入睡眠，眠，GAFGAF通過(guò)這種辦法來(lái)節(jié)約能量，如圖通過(guò)這種辦法來(lái)節(jié)約能量，如圖7-117-11所示，因此，所示，因此，GAFGAF能能夠有效地延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的生命周期。夠有效地延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的生命周期。在圖在圖7-127-12中，節(jié)點(diǎn)中，節(jié)點(diǎn)2 2、3 3、4 4在同一個(gè)柵格在同一個(gè)柵格B B中，因此只需要保留其中，因此只需要保留其中一個(gè)節(jié)點(diǎn)處于工作狀態(tài)，另外兩個(gè)可以處于休眠狀態(tài)。而這在中一個(gè)節(jié)點(diǎn)處于工作狀態(tài)，另外兩個(gè)可以處于休眠狀態(tài)。而這在Ad HocAd Hoc網(wǎng)絡(luò)中是絕對(duì)不可取的

58、，因?yàn)樵诰W(wǎng)絡(luò)中是絕對(duì)不可取的，因?yàn)樵贏d HocAd Hoc網(wǎng)絡(luò)中，即使是同網(wǎng)絡(luò)中，即使是同一個(gè)柵格內(nèi)的多個(gè)節(jié)點(diǎn)，也還是代表了不同的移動(dòng)終端，根本不一個(gè)柵格內(nèi)的多個(gè)節(jié)點(diǎn)，也還是代表了不同的移動(dòng)終端，根本不能相互代替。但在能相互代替。但在WSNWSN中，這就是一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，相當(dāng)于用中，這就是一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，相當(dāng)于用1 1個(gè)節(jié)點(diǎn)代個(gè)節(jié)點(diǎn)代表了表了3 3個(gè)節(jié)點(diǎn)，類似于層次路由中的簇頭節(jié)點(diǎn)，但這個(gè)類似于簇個(gè)節(jié)點(diǎn)，類似于層次路由中的簇頭節(jié)點(diǎn)，但這個(gè)類似于簇頭的代表節(jié)點(diǎn)卻不進(jìn)行柵格內(nèi)的數(shù)據(jù)融合。節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)通信只頭的代表節(jié)點(diǎn)卻不進(jìn)行柵格內(nèi)的數(shù)據(jù)融合。節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)通信只能在相鄰柵格間進(jìn)行，即能在相鄰柵格間進(jìn)行，即A

59、A柵格內(nèi)的節(jié)點(diǎn)柵格內(nèi)的節(jié)點(diǎn)1 1只能與只能與B B柵格內(nèi)的柵格內(nèi)的2 2、3 3、4 4代表節(jié)點(diǎn)通信，而不能直接和代表節(jié)點(diǎn)通信，而不能直接和C C柵格內(nèi)的節(jié)點(diǎn)柵格內(nèi)的節(jié)點(diǎn)5 5通信。通信。GAFGAF算法的執(zhí)行過(guò)程包括兩個(gè)階段。算法的執(zhí)行過(guò)程包括兩個(gè)階段。第一階段是虛擬網(wǎng)格的劃分。根據(jù)節(jié)點(diǎn)的位置信息和通信半第一階段是虛擬網(wǎng)格的劃分。根據(jù)節(jié)點(diǎn)的位置信息和通信半徑，將網(wǎng)絡(luò)區(qū)域劃分成若干虛擬網(wǎng)格，保證相鄰單元格中的任意徑，將網(wǎng)絡(luò)區(qū)域劃分成若干虛擬網(wǎng)格，保證相鄰單元格中的任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)都能夠直接通信。假設(shè)節(jié)點(diǎn)已知整個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)域的位置信兩個(gè)節(jié)點(diǎn)都能夠直接通信。假設(shè)節(jié)點(diǎn)已知整個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)域的位置信息和本身的位置信

60、息，節(jié)點(diǎn)可以通過(guò)計(jì)算得知自己屬于哪個(gè)網(wǎng)格。息和本身的位置信息，節(jié)點(diǎn)可以通過(guò)計(jì)算得知自己屬于哪個(gè)網(wǎng)格。第二階段是虛擬網(wǎng)格中簇頭節(jié)點(diǎn)的選擇。節(jié)點(diǎn)周期性地進(jìn)入第二階段是虛擬網(wǎng)格中簇頭節(jié)點(diǎn)的選擇。節(jié)點(diǎn)周期性地進(jìn)入睡眠和工作狀態(tài)，從睡眠狀態(tài)喚醒之后與本單元其他節(jié)點(diǎn)交換信睡眠和工作狀態(tài)，從睡眠狀態(tài)喚醒之后與本單元其他節(jié)點(diǎn)交換信息，以確定自己是否需要成為簇頭節(jié)點(diǎn)。息，以確定自己是否需要成為簇頭節(jié)點(diǎn)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)處于發(fā)現(xiàn)每個(gè)節(jié)點(diǎn)處于發(fā)現(xiàn)(discovery)(discovery)、活動(dòng)、活動(dòng)(active)(active)以及睡眠以及睡眠(sleeping)3(sleeping)3種狀態(tài)，如圖種狀態(tài)，如圖7-13