第3章 路由協(xié)議

第三章路由協(xié)議鄭來(lái)波山東大學(xué)信息學(xué)院通信研究所辦公室：信息學(xué)院北樓513電話(huà)：88362208Email:zhenglaibo@126.com第3章路由協(xié)議3.1概述路由協(xié)議設(shè)計(jì)是無(wú)線(xiàn)傳感器自組網(wǎng)中的一個(gè)核心環(huán)節(jié).作用：負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)分組從源節(jié)點(diǎn)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)到目的節(jié)點(diǎn)。主要包括尋找源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)間的優(yōu)化路徑、并沿此優(yōu)化路徑正確轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包等兩個(gè)方面的功能。WSN協(xié)議與其他網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的比較：（1）Adhoc、無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)等傳統(tǒng)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的首要目標(biāo)是提供高服務(wù)質(zhì)量和公平高效地利用網(wǎng)絡(luò)帶寬，這些網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的主要任務(wù)是尋找源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)間的通信延遲小的路徑，同時(shí)提高整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的利用率，避免產(chǎn)生通信堵塞并均衡網(wǎng)絡(luò)流量等。能量消耗問(wèn)題不是這類(lèi)網(wǎng)絡(luò)考慮的重點(diǎn)。第3章路由協(xié)議（2）WSNs路由協(xié)議有其固有的特點(diǎn)?！粢怨?jié)約能源為主要目標(biāo)，高效利用能量，延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)壽命。傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)量較大，不可能建立全局地址，節(jié)點(diǎn)只能獲取局部拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)信息，路由協(xié)議要能在局部網(wǎng)絡(luò)信息的基礎(chǔ)上選擇合適的路徑?！魝鞲衅骶W(wǎng)絡(luò)具有很強(qiáng)的應(yīng)用相關(guān)性，不同應(yīng)用中的路由協(xié)議可能差別很大，沒(méi)有一個(gè)通用的路由協(xié)議。◆傳感器網(wǎng)絡(luò)以數(shù)據(jù)為中心，所關(guān)注是檢測(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，因此，傳感器網(wǎng)絡(luò)通常包含多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)到少數(shù)匯聚節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)流，需要以數(shù)據(jù)為中心形成消息的轉(zhuǎn)發(fā)路徑?！艄?jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)冗余度高，傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由機(jī)制還經(jīng)常與數(shù)據(jù)融合技術(shù)聯(lián)系在一起，要路由協(xié)議需要具有良好的數(shù)據(jù)匯聚能力，通過(guò)減少通信量而節(jié)省能量。在多數(shù)應(yīng)用中，除了少數(shù)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)外，一般節(jié)點(diǎn)在部署后保持固定。

第3章路由協(xié)議常規(guī)路由協(xié)議不適合WSN。WSNs路由協(xié)議面臨的新問(wèn)題和挑戰(zhàn)如下：（1）節(jié)點(diǎn)沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)志——由于WSNs中節(jié)點(diǎn)數(shù)目巨大，WSNs節(jié)點(diǎn)沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)志，節(jié)點(diǎn)間采用廣播式的通信方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。（2）能量受限——WSNs的一個(gè)重要特征就是能量受限。因此，WSNs協(xié)議必須以節(jié)約能源為主要目標(biāo)并盡可能延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)存活時(shí)間。（3）面向特定應(yīng)用——在WSNs中，傳感器節(jié)點(diǎn)和物理環(huán)境交互密切，WSNs的通信構(gòu)架及其所采用的路由協(xié)議都是針對(duì)每個(gè)特定的應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。（4）頻繁變化的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)——在WSNs中，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋾?huì)因?yàn)楣?jié)點(diǎn)損壞而變化頻繁。路由協(xié)議必須要適應(yīng)WSNs頻繁變化的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。第3章路由協(xié)議（5）容錯(cuò)性——傳感器節(jié)點(diǎn)容易失效，因此路由協(xié)議必須具備良好的容錯(cuò)性，以便形成新的鏈路。（6）可擴(kuò)展性——傳感器節(jié)點(diǎn)一般成百上千，路由協(xié)議應(yīng)該具有可擴(kuò)展性來(lái)適應(yīng)相應(yīng)的應(yīng)用環(huán)境。（7）連通性——由于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)失效，很難預(yù)測(cè)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜痛笮〉淖兓酚蓞f(xié)議必須保證節(jié)點(diǎn)的連通性。（8）數(shù)據(jù)融合——傳感器節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)具有較大的冗余度，因此路由協(xié)議必須能進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，以便節(jié)省能量有效和使數(shù)據(jù)傳輸最優(yōu)化。（9）服務(wù)質(zhì)量(QoS)——許多應(yīng)用中如視頻應(yīng)用，需要路由協(xié)議提供滿(mǎn)足要求的服務(wù)質(zhì)量。（10）安全機(jī)制——路由協(xié)議極易受到安全威脅，因此必須考慮安全機(jī)制，尤其在軍事應(yīng)用中。第3章路由協(xié)議對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)路由機(jī)制的要求：（1）能量高效。不僅要選擇能量消耗小的消息傳輸路徑，而且要從整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的角度考慮，選擇整個(gè)網(wǎng)絡(luò)能量均衡消耗的路由?？紤]資源有限，要求路由機(jī)制要能夠簡(jiǎn)單而且高效地實(shí)現(xiàn)信息傳輸。衡量傳感器網(wǎng)絡(luò)路由性能的一個(gè)重要指標(biāo)，就是合理地使用網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的有限能量，使得網(wǎng)絡(luò)保持連通性的時(shí)間更長(zhǎng)的能力。（2）可擴(kuò)展性。檢測(cè)區(qū)域范圍或節(jié)點(diǎn)密度不同，會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)規(guī)模大小不同；節(jié)點(diǎn)失敗、加入及移動(dòng)等，會(huì)使拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)變化。這要求路由機(jī)制有可擴(kuò)展性，能適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的變化。第3章路由協(xié)議

（3）魯棒性。能量用盡或環(huán)境因素造成的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的失敗，周?chē)h(huán)境影響無(wú)線(xiàn)鏈路的通信質(zhì)量以及無(wú)線(xiàn)鏈路本身的缺點(diǎn)等，這些WSN的不可靠特性要求路由機(jī)制具有一定的容錯(cuò)能力。（4）快速收斂性。傳感器網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)變化，節(jié)點(diǎn)能量和通信帶寬等資源有限，因此要求路由機(jī)制能夠快速收斂，以適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞膭?dòng)態(tài)變化，減少通信協(xié)議開(kāi)銷(xiāo)，提高消息傳輸?shù)男?。?章路由協(xié)議3.2路由協(xié)議分類(lèi)分類(lèi)方法多種多樣。同一協(xié)議可分屬不同類(lèi)型。(1)根據(jù)傳輸過(guò)程中采用路徑的多少，分為單路徑和多路徑路由協(xié)議。單路徑路由節(jié)約存儲(chǔ)空間，數(shù)據(jù)通信量少；多路徑路由容錯(cuò)性強(qiáng)，健壯性好，且可從眾多路由中選擇最優(yōu)路由。(2)根據(jù)節(jié)點(diǎn)在路由過(guò)程中是否有層次結(jié)構(gòu)、作用是否有差異，可分為平面路由協(xié)議和層次路由協(xié)議。平面路由簡(jiǎn)單，健壯性好，但建立、維護(hù)路由的開(kāi)銷(xiāo)大，數(shù)據(jù)傳輸跳數(shù)多，適合小規(guī)模網(wǎng)絡(luò)；層次路由擴(kuò)展性好，適合大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)，但簇的維護(hù)開(kāi)銷(xiāo)大，且簇頭是路由的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，其失效將導(dǎo)致路由失敗。(3)根據(jù)路由建立時(shí)機(jī)與數(shù)據(jù)發(fā)送的關(guān)系，可分為主動(dòng)路由協(xié)議、按需路由協(xié)議和混合路由協(xié)議。主動(dòng)路由建立、維護(hù)路由的開(kāi)銷(xiāo)大，資源要求高；按需路由在傳輸前需計(jì)算路由，時(shí)延大；混合路由則綜合利用這兩種方式。第3章路由協(xié)議(4)根據(jù)是否以地理位置來(lái)標(biāo)識(shí)目的地、路由計(jì)算中是否利用地理位置信息，可分為基于位置的路由協(xié)議和非基于位置的路由協(xié)議。許多應(yīng)用需要知道突發(fā)事件的地理位置，這是基于位置的路由協(xié)議的應(yīng)用基礎(chǔ)，但需要GPS定位系統(tǒng)或者其他定位方法協(xié)助節(jié)點(diǎn)計(jì)算位置信息。(5)根據(jù)是否以數(shù)據(jù)來(lái)標(biāo)識(shí)目的地，可分為基于數(shù)據(jù)的路由協(xié)議和非基于數(shù)據(jù)的路由協(xié)議。許多應(yīng)用要求查詢(xún)或上報(bào)具有某種類(lèi)型的數(shù)據(jù)，這是基于數(shù)據(jù)的路由協(xié)議的應(yīng)用基礎(chǔ)，但需要分類(lèi)機(jī)制對(duì)數(shù)據(jù)類(lèi)型進(jìn)行命名。(6)根據(jù)節(jié)點(diǎn)是否編址、是否以地址標(biāo)識(shí)目的地，可分為基于地址的路由協(xié)議和非基于地址的路由協(xié)議?；诘刂返穆酚稍趥鹘y(tǒng)路由協(xié)議中較常見(jiàn)，而在WSNs中一般不單獨(dú)使用而與其他策略結(jié)合使用。(7)根據(jù)路由選擇是否考慮QoS約束，可分為保證QoS的路由協(xié)議和不保證QoS的路由協(xié)議。保證QoS的路由協(xié)議是指在路由建立時(shí)，考慮時(shí)延、丟包率等QoS參數(shù)，從眾多可行路由中選擇一條最適合QoS應(yīng)用要求的路由。第3章路由協(xié)議(8)根據(jù)數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中是否進(jìn)行聚合處理，可分為數(shù)據(jù)聚合的路由協(xié)議和非數(shù)據(jù)聚合的路由協(xié)議。數(shù)據(jù)聚合減少通信量，但需時(shí)間同步技術(shù)的支持，并使傳輸時(shí)延增加。(9)根據(jù)路由是否由源節(jié)點(diǎn)指定，可分為源站路由協(xié)議和非源站路由協(xié)議。源站路由協(xié)議節(jié)點(diǎn)無(wú)須建立、維護(hù)路由信息，節(jié)約存儲(chǔ)空間，通信開(kāi)銷(xiāo)少。但如果網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較大，數(shù)據(jù)包頭的路由信息開(kāi)銷(xiāo)也大，而且如果網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓l繁，將導(dǎo)致路由失敗。(10)根據(jù)路由建立時(shí)機(jī)是否與查詢(xún)有關(guān)，可分為查詢(xún)驅(qū)動(dòng)的路由協(xié)議和非查詢(xún)驅(qū)動(dòng)的路由協(xié)議。查詢(xún)驅(qū)動(dòng)的路由協(xié)議能夠節(jié)約節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)空間，但數(shù)據(jù)時(shí)延較大，且不適合環(huán)境監(jiān)測(cè)等需緊急上報(bào)的應(yīng)用。第3章路由協(xié)議表3-1無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議分類(lèi)第3章路由協(xié)議3.3典型路由協(xié)議分析

相對(duì)于傳統(tǒng)無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)研究的重點(diǎn)放在無(wú)線(xiàn)通信的服務(wù)質(zhì)量（QoS）而言，WSN路由協(xié)議的研究重點(diǎn)是放在如何提高能量效率上。3.3.1平面路由協(xié)議所有節(jié)點(diǎn)地位是平等，不存在等級(jí)和層次的差異。通過(guò)局部操作和信息反饋來(lái)生成路由，原則上不存在瓶頸問(wèn)題。優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單、具有較好的健壯性。缺點(diǎn)：可擴(kuò)展性差。需要維持路由表，在大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)中會(huì)消耗節(jié)點(diǎn)大量的存儲(chǔ)空間，同時(shí)由于發(fā)送信息中包含了路由信息，會(huì)引起網(wǎng)絡(luò)中通信負(fù)擔(dān)的加重。第3章路由協(xié)議1．Flooding協(xié)議及Gossiping協(xié)議[6]最為經(jīng)典和簡(jiǎn)單的傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議。（1）Flooding（泛洪）協(xié)議節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生或收到數(shù)據(jù)后向所有鄰節(jié)點(diǎn)廣播，直到數(shù)據(jù)包過(guò)期或到達(dá)目的地。不進(jìn)行維護(hù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜拖嚓P(guān)路由算法，效率不高。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)。盲目利用資源----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)。（2）Gossiping（閑聊）協(xié)議對(duì)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)，而非廣播。優(yōu)點(diǎn)：避免了以廣播引起的的能量消耗，一定程度上解決了“內(nèi)爆”。缺點(diǎn)：增加了傳輸平均時(shí)延，傳輸速度變慢。也無(wú)法解決部分交疊現(xiàn)象和盲目利用資源問(wèn)題。第3章路由協(xié)議2．DD路由協(xié)議[7]DD(directeddiffusion，定向擴(kuò)散)協(xié)議是以數(shù)據(jù)為中心的路由算法，是一種基于查詢(xún)的路由機(jī)制。整個(gè)過(guò)程可以分為興趣擴(kuò)散、梯度建立以及路徑加強(qiáng)三個(gè)階段。(1)為建立路由，sink點(diǎn)向網(wǎng)絡(luò)中Flooding（包含屬性列表、上報(bào)間隔、持續(xù)時(shí)間、地理區(qū)域等）信息的查詢(xún)請(qǐng)求Interest(該過(guò)程本質(zhì)上是設(shè)置一個(gè)監(jiān)測(cè)任務(wù))。(2)沿途節(jié)點(diǎn)按需對(duì)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。(3)Interest中的地理區(qū)域內(nèi)節(jié)點(diǎn)則按要求啟動(dòng)監(jiān)測(cè)任務(wù)，并周期性地上報(bào)數(shù)據(jù)。途中各節(jié)點(diǎn)可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存與聚合。Sink點(diǎn)可在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中通過(guò)對(duì)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。第3章路由協(xié)議優(yōu)點(diǎn)：健壯性好；使用數(shù)據(jù)聚合能減少數(shù)據(jù)通信量；sink點(diǎn)根據(jù)實(shí)際情況采取增強(qiáng)或減弱方式能有效利用能量；使用查詢(xún)驅(qū)動(dòng)機(jī)制按需建立路由，避免了保存全網(wǎng)信息。缺點(diǎn)：gradient的建立開(kāi)銷(xiāo)很大，不適合多sink點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)；數(shù)據(jù)聚合過(guò)程采用時(shí)間同步技術(shù)，在傳感器網(wǎng)絡(luò)中不容易實(shí)現(xiàn)。仿真表明：DD路由協(xié)議具有較好的節(jié)能性，適用于在傳感器節(jié)點(diǎn)接收到數(shù)據(jù)請(qǐng)求后，較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)需要連續(xù)向sink節(jié)點(diǎn)傳送數(shù)據(jù)的場(chǎng)合。不適用于收到請(qǐng)求后只發(fā)一次少量數(shù)據(jù)的場(chǎng)合。因?yàn)镈D算法建立梯度需要花費(fèi)較大的代價(jià)（如環(huán)境監(jiān)測(cè)等應(yīng)用）。第3章路由協(xié)議3．Rumor協(xié)議[8]該協(xié)議借鑒了歐氏平面圖上任意兩條曲線(xiàn)交叉幾率很大的思想。節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)到事件后將其保存，并創(chuàng)建稱(chēng)為agent的生命周期較長(zhǎng)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中增加其已知的事件信息。Sink查詢(xún)請(qǐng)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可Flooding查詢(xún)請(qǐng)求。優(yōu)點(diǎn)：避免了大量擴(kuò)散，顯著節(jié)省能量，適用于數(shù)據(jù)傳輸量較小的情況。缺點(diǎn)：如果網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)頻繁變動(dòng)，性能會(huì)大幅下降。仿真表明：在多sink點(diǎn)、查詢(xún)請(qǐng)求數(shù)目很大、網(wǎng)絡(luò)事件很少的情況下，Rumor協(xié)議能顯著地降低路由開(kāi)銷(xiāo)，節(jié)約能量。對(duì)事件數(shù)較多的情況，維護(hù)事件表和處理代理的開(kāi)銷(xiāo)會(huì)急劇增長(zhǎng)。同時(shí)，由于路由使用隨機(jī)的方式生成路徑，數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆窂讲皇亲顑?yōu)路徑，并且可能存在路由環(huán)路問(wèn)題。第3章路由協(xié)議4．SPIN協(xié)議[9]SPIN(sensorprotocolforinformationvianegotiation)路由算法是一種以數(shù)據(jù)為中心的自適應(yīng)通信路由協(xié)議。節(jié)點(diǎn)僅廣播采集數(shù)據(jù)的屬性描述信息（元數(shù)據(jù)meta-data）而不是數(shù)據(jù)本身，當(dāng)有相應(yīng)的請(qǐng)求時(shí)，才有目的地發(fā)送數(shù)據(jù)信息。其目標(biāo)是通過(guò)使用節(jié)點(diǎn)間的協(xié)商制度和資源自適應(yīng)機(jī)制，解決傳統(tǒng)泛洪法（Flooding）存在的不足之處。在SPIN算法中，假設(shè)所有的傳感器節(jié)點(diǎn)均可能是希望獲得數(shù)據(jù)的sink，每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)知道自己是否需要數(shù)據(jù)或是否在數(shù)據(jù)源到sink的路徑上。傳感器節(jié)點(diǎn)在發(fā)送數(shù)據(jù)前先進(jìn)行協(xié)商，僅將數(shù)據(jù)發(fā)送到需要的相鄰節(jié)點(diǎn)。這種協(xié)商制度可以確保有效的數(shù)據(jù)傳輸。優(yōu)點(diǎn)：元數(shù)據(jù)小于采集的數(shù)據(jù)，消耗的能量相對(duì)較少。每節(jié)點(diǎn)隨時(shí)檢查可用的能量狀況。低能量水平時(shí)，中斷一些操作（如停止數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)操作）。第3章路由協(xié)議SPIN協(xié)議中使用三種類(lèi)型的消息：（1）ADV，用于新數(shù)據(jù)廣播。當(dāng)一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)有數(shù)據(jù)需要傳輸時(shí)，使用ADV數(shù)據(jù)包(包括元數(shù)據(jù))對(duì)外廣播。（2）REQ，用于請(qǐng)求發(fā)送數(shù)據(jù)。當(dāng)一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)希望接收DATA數(shù)據(jù)包時(shí)，便發(fā)送REQ。（3）DATA，包含了元數(shù)據(jù)頭、傳感器節(jié)點(diǎn)采集數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)包。在發(fā)送DATA數(shù)據(jù)包之前，傳感器節(jié)點(diǎn)首先對(duì)外廣播ADV消息。如果一個(gè)鄰近節(jié)點(diǎn)在收到ADV后希望接收該DATA數(shù)據(jù)包，那么它向該節(jié)點(diǎn)發(fā)送一個(gè)REQ；接著該節(jié)點(diǎn)向它發(fā)送DATA數(shù)據(jù)包。類(lèi)似的過(guò)程繼續(xù)下去，DATA數(shù)據(jù)包就會(huì)被傳輸?shù)竭h(yuǎn)方sink。第3章路由協(xié)議優(yōu)點(diǎn)：◆元數(shù)據(jù)的傳輸耗能相對(duì)較少；◆只廣播其他節(jié)點(diǎn)沒(méi)有的數(shù)據(jù)，減少了能耗；◆不維護(hù)鄰居節(jié)點(diǎn)信息，適應(yīng)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)的情況。缺點(diǎn)：

◆健壯性差，會(huì)出現(xiàn)“數(shù)據(jù)盲點(diǎn)”，擴(kuò)展受限?！羧绻鹲ink對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的多個(gè)事件感興趣，sink周?chē)墓?jié)點(diǎn)能量會(huì)很快耗盡，不適用于高密度節(jié)點(diǎn)分布的情況；◆數(shù)據(jù)會(huì)在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中傳輸。SPIN協(xié)議工作流程第3章路由協(xié)議SPIN家族的協(xié)議有很多，主要的兩個(gè)協(xié)議是SPIN-1和SPIN-2。SPIN-1協(xié)議就是前面闡述的基本三次握手協(xié)商機(jī)制。擴(kuò)展的SPIN-2協(xié)議是基于預(yù)設(shè)值資源提醒機(jī)制協(xié)議。◆當(dāng)資源充足時(shí)，SPIN-2使用的是三次握手協(xié)商機(jī)制；◆當(dāng)資源低于某個(gè)預(yù)設(shè)值時(shí)，它將減少參與數(shù)據(jù)發(fā)送的次數(shù)。其他SPIN家族協(xié)議：（1）SPIN-PP，用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信，如hop-by-hop路由；（2）SPIN-EC，在SPIN-PP的基礎(chǔ)上考慮了節(jié)點(diǎn)的功耗，當(dāng)能量不低于設(shè)定閾值的節(jié)點(diǎn)時(shí)才參與數(shù)據(jù)交換；（3）SPIN-BC，設(shè)計(jì)了廣播信道，使所有在有效半徑內(nèi)的節(jié)點(diǎn)可以同時(shí)完成數(shù)據(jù)交換；（4）SPIN-RL，是對(duì)SPIN-BC的完善，主要考慮如何恢復(fù)無(wú)線(xiàn)鏈路引入的分組差錯(cuò)與丟失。第3章路由協(xié)議5．EAR協(xié)議[10]EAR(energyawarerouting)協(xié)議是一個(gè)反應(yīng)式路由協(xié)議，主要目的是用于延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的生存時(shí)間。協(xié)議操作的三個(gè)主要階段：（1)協(xié)議初始化。sink點(diǎn)發(fā)起。初始化報(bào)文攜帶了路徑代價(jià)信息，每一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)初始化報(bào)文的節(jié)點(diǎn)都將本節(jié)點(diǎn)的代價(jià)加入到路徑的總代價(jià)中。這樣每個(gè)節(jié)點(diǎn)均能建立一條或多條到sink節(jié)點(diǎn)的路由，并且知道每條路由的代價(jià)。（2)數(shù)據(jù)傳輸。節(jié)點(diǎn)向sink點(diǎn)傳送數(shù)據(jù)時(shí)，可從多條路徑中按某種概率選取一條。代價(jià)越大的路徑，轉(zhuǎn)發(fā)的概率越小。（3)路由維護(hù)。通過(guò)局部的泛洪來(lái)更新路徑代價(jià)。如果節(jié)點(diǎn)的能量低于某個(gè)門(mén)限，可以使這條路徑失效。第3章路由協(xié)議◆EAR路由協(xié)議類(lèi)似于DD協(xié)議，但它維護(hù)多條路徑而不是強(qiáng)迫使用一個(gè)最優(yōu)化路徑。它通過(guò)一定的概率選擇路徑并維護(hù)它們，概率值的確定依賴(lài)于每條路徑的能量情況?！暨@樣可以防止過(guò)分依賴(lài)某條路徑而導(dǎo)致該路徑能量消耗過(guò)大。仿真結(jié)果表明，該協(xié)議相比DD協(xié)議可以使網(wǎng)絡(luò)壽命延長(zhǎng)44%；◆缺點(diǎn)是需要收集位置信息并建立編址機(jī)制，增加了路由建立的復(fù)雜度和開(kāi)銷(xiāo)。

第3章路由協(xié)議6．GBR協(xié)議[11]GBR(gradientbasedrouting)路由協(xié)議是DD協(xié)議的一種改進(jìn)路由算法，目的是使數(shù)據(jù)報(bào)文傳輸?shù)目偺鴶?shù)最小。基本思想：（1）當(dāng)DD協(xié)議中的興趣消息擴(kuò)散到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)時(shí)，節(jié)點(diǎn)需要記錄到sink節(jié)點(diǎn)的最小跳數(shù)，將這個(gè)跳數(shù)作為節(jié)點(diǎn)的height；（2）鄰居節(jié)點(diǎn)之間的height差就是鏈路的梯度。當(dāng)數(shù)據(jù)報(bào)文發(fā)往sink節(jié)點(diǎn)時(shí)，沿著梯度最大的方向傳送。GBR使用諸如數(shù)據(jù)融合、負(fù)載均衡等技術(shù)，以獲得均勻的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載。當(dāng)多條路徑都要通過(guò)同一個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)，該節(jié)點(diǎn)就成為一個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)分發(fā)技術(shù)：（1）隨機(jī)機(jī)制。當(dāng)有多個(gè)鏈路的梯度相同時(shí)，節(jié)點(diǎn)隨機(jī)選擇一個(gè)梯度方向發(fā)送。（2）基于能量的機(jī)制。當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)的能量低于某個(gè)門(mén)限時(shí)，該節(jié)點(diǎn)增加它的梯度。這樣，節(jié)點(diǎn)就能減少中繼的數(shù)據(jù)量。（3）基于流的機(jī)制。當(dāng)一條路徑正在為其他數(shù)據(jù)流服務(wù)時(shí)，新增加的數(shù)據(jù)流用另外一條路徑傳輸，從而使各條路徑流量均衡。仿真結(jié)果表明，GBR協(xié)議可以均衡網(wǎng)絡(luò)負(fù)載、延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)壽命；但GBR協(xié)議同樣增加了路由建立的復(fù)雜度。第3章路由協(xié)議7．HREEMR協(xié)議[12]HREEMR(highly-resilient，energy-efficientmulti-pathrouting)與Rumor協(xié)議的不同之處在于它利用多路徑(multi-path)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了能源有效的故障恢復(fù)，并解決了DD協(xié)議為提高協(xié)議的健壯性，采用周期低速率擴(kuò)散數(shù)據(jù)而帶來(lái)的能源浪費(fèi)問(wèn)題。采用與DD相同的本地化算法建立source與sink間的最優(yōu)路徑p。為保障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不相交的冗余路徑，一旦發(fā)生失效現(xiàn)象，即可啟用冗余路徑進(jìn)行通信。第3章路由協(xié)議8．SMECN協(xié)議[13]SMECN(smallminimumenergycommunicationnetwork)協(xié)議是節(jié)點(diǎn)定位的路由協(xié)議，它是在針對(duì)Adhoc網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的MECN協(xié)議基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)的。該協(xié)議通過(guò)構(gòu)建具有ME(最小能量)屬性的子圖來(lái)降低傳輸數(shù)據(jù)所消耗的能量，從而更好地滿(mǎn)足了WSNs對(duì)節(jié)能性的需求。仿真結(jié)果顯示，在廣播范圍能夠達(dá)到環(huán)繞著廣播機(jī)區(qū)域內(nèi)的所有節(jié)點(diǎn)的情況下，SMECN構(gòu)建的子圖小于MECN構(gòu)建的子圖，在拓?fù)渥兓惶l繁的傳感器網(wǎng)絡(luò)中能夠很好地應(yīng)用。第3章路由協(xié)議9．GEM協(xié)議[14]GEM(graphembedding)路由協(xié)議是一種適用于數(shù)據(jù)中心存儲(chǔ)(data-centricstorage)方式的基于位置的路由協(xié)議?；舅枷耄航⒁粋€(gè)虛擬極坐標(biāo)系統(tǒng)，用來(lái)表示實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)形成一個(gè)以匯聚節(jié)點(diǎn)為根的帶環(huán)樹(shù)(ringedtree)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)用樹(shù)根的跳數(shù)和角度范圍來(lái)表示。整個(gè)網(wǎng)絡(luò)形成一個(gè)樹(shù)狀的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，越靠近樹(shù)根的節(jié)點(diǎn)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)整體的結(jié)構(gòu)就了解越多。當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)不知道目的節(jié)點(diǎn)的路由時(shí)，就將數(shù)據(jù)報(bào)文向根的方向傳送，直到某個(gè)節(jié)點(diǎn)知道了到目的節(jié)點(diǎn)的路由。由于大部分?jǐn)?shù)據(jù)都是發(fā)送到樹(shù)根的，這種樹(shù)狀結(jié)構(gòu)能很好地應(yīng)用于傳感器網(wǎng)絡(luò)中。GEM帶環(huán)樹(shù)的建立由匯聚點(diǎn)發(fā)起，通過(guò)逐步擴(kuò)散從而建立覆蓋整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)錁?shù)。它不依賴(lài)節(jié)點(diǎn)的精確位置信息，將網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際拓?fù)溆成涞揭粋€(gè)易于進(jìn)行路由處理的邏輯拓?fù)渲小Ｈ秉c(diǎn)：當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)位置改變引起網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓瘯r(shí)，樹(shù)的調(diào)整比較復(fù)雜。因此GEM適應(yīng)于拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定的傳感器網(wǎng)絡(luò)。第3章路由協(xié)議10．SCBR協(xié)議[15]一般基于地理位置信息的路由協(xié)議均要求每個(gè)節(jié)點(diǎn)具備感知位置信息的能力，這在傳感器網(wǎng)絡(luò)中往往無(wú)法實(shí)現(xiàn)。SCBR(scalablecoordinate-basedrouting)路由算法只需少數(shù)節(jié)點(diǎn)具有精確位置信息即可進(jìn)行正確路由的定位路由機(jī)制。SCBR基本思想:通過(guò)少數(shù)能夠得到精確位置信息的節(jié)點(diǎn)(稱(chēng)為信標(biāo)點(diǎn))來(lái)確定一個(gè)全局的坐標(biāo)系。通過(guò)迭代算法計(jì)算其他節(jié)點(diǎn)在這個(gè)坐標(biāo)系中的位置；當(dāng)所有節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)位置確定之后，就可以使用貪婪算法選擇合適的路由。協(xié)議的關(guān)鍵部分:利用信標(biāo)節(jié)點(diǎn)建立坐標(biāo)系以及確定其他節(jié)點(diǎn)在坐標(biāo)系中的位置。SCBR提到在三種情況下確定節(jié)點(diǎn)位置的算法：（1）網(wǎng)絡(luò)實(shí)際邊界上的節(jié)點(diǎn)都是信標(biāo)節(jié)點(diǎn)；（2）使用兩個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)；（3）使用一個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的情況。信標(biāo)點(diǎn)越少，計(jì)算越復(fù)雜。優(yōu)點(diǎn)：只需要知道少數(shù)節(jié)點(diǎn)精確位置，對(duì)傳感器節(jié)點(diǎn)要求低，網(wǎng)絡(luò)成本低。缺點(diǎn)：為了確定全局坐標(biāo)系和節(jié)點(diǎn)在坐標(biāo)系中的位置，節(jié)點(diǎn)需要交換大量信息，通信開(kāi)銷(xiāo)大；同時(shí)使用迭代算法，節(jié)點(diǎn)的計(jì)算開(kāi)銷(xiāo)也大。第3章路由協(xié)議11．SAR協(xié)議[16]SAR(sequentialassignmentrouting)協(xié)議是第一個(gè)具有QoS的路由協(xié)議。SAR通過(guò)構(gòu)建以sink的單跳鄰居節(jié)點(diǎn)為根節(jié)點(diǎn)的多播樹(shù)實(shí)現(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)到sink的多跳路徑。特點(diǎn)：路由決策不僅要考慮到每條路徑的能源，還涉及到端到端的延遲需求和待發(fā)送數(shù)據(jù)包的優(yōu)先級(jí)。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的能量消耗較少。該算法的缺點(diǎn)是不適用于大型的和拓?fù)漕l繁變化的網(wǎng)絡(luò)。第3章路由協(xié)議3.3.2層次路由協(xié)議在層次型結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)中，具有某種關(guān)聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)組成簇。在簇內(nèi)，通常有一個(gè)按一定規(guī)則選舉產(chǎn)生的，被稱(chēng)為簇頭(clusterhead)的節(jié)點(diǎn)。除了簇頭節(jié)點(diǎn)外，一般節(jié)點(diǎn)成員(clustermember)的功能較簡(jiǎn)單，無(wú)須維護(hù)復(fù)雜的路由信息。設(shè)計(jì)思想：將所有節(jié)點(diǎn)劃分為若干簇，每個(gè)簇按照一定規(guī)則來(lái)選舉一個(gè)簇頭。各個(gè)節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)在簇頭節(jié)點(diǎn)進(jìn)行融合，再由簇頭節(jié)點(diǎn)與Sink節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信。第3章路由協(xié)議層次化路由機(jī)制優(yōu)點(diǎn)：（1)簇頭融合了成員節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)之后再進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，減少了數(shù)據(jù)通信量，從而節(jié)省了網(wǎng)絡(luò)能量。（2)成員節(jié)點(diǎn)大部分時(shí)間可以關(guān)閉通信模塊，由簇頭構(gòu)成一個(gè)更上一層的連通網(wǎng)絡(luò)來(lái)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的長(zhǎng)距離路由轉(zhuǎn)發(fā)。這樣既保證了原有覆蓋范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)通信，也在很大程度上節(jié)省了網(wǎng)絡(luò)能量。（3)成員節(jié)點(diǎn)的功能比較簡(jiǎn)單，無(wú)須維護(hù)復(fù)雜的路由信息，這大大減少了網(wǎng)絡(luò)中路由控制信息的數(shù)量，減少了通信量。（4)分簇拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)便于管理，有利于分布式算法的應(yīng)用，可以對(duì)系統(tǒng)變化作出快速反應(yīng)，具有較好的可擴(kuò)展性，適合大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)。（5)與平面路由相比，更容易克服傳感器節(jié)點(diǎn)移動(dòng)帶來(lái)的問(wèn)題。缺點(diǎn)：簇頭節(jié)點(diǎn)容易成為網(wǎng)絡(luò)的瓶頸，因此要求路由算法具有一定的容錯(cuò)性；同時(shí)簇的負(fù)載均衡也是分布式成簇的一大挑戰(zhàn)。第3章路由協(xié)議1．LEACH協(xié)議[17]LEACH（LOW-EnergyAdaptiveClusteringHierarchy）是一種WSN的低功耗自適應(yīng)聚類(lèi)路由算法。基本思想：通過(guò)等概率地隨機(jī)循環(huán)選擇簇頭，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)，從而達(dá)到降低網(wǎng)絡(luò)能量耗費(fèi)、延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生命周期的目的。三個(gè)階段：簇頭的產(chǎn)生、簇的形成和簇的路由。在簇的形成階段，隨機(jī)選擇一個(gè)節(jié)點(diǎn)作為簇頭，相鄰節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)地形成簇；簇形成后進(jìn)入穩(wěn)定工作階段（簇的路由），簇頭開(kāi)始接收簇內(nèi)各節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)，然后采用數(shù)據(jù)融合技術(shù)進(jìn)行處理，將整合后的數(shù)據(jù)傳輸給匯聚節(jié)點(diǎn)。隨機(jī)性選擇簇頭確保簇頭與基站之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)母吣芎某杀揪鶆虻胤謹(jǐn)偟剿袀鞲衅骶W(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上。第3章路由協(xié)議簇頭節(jié)點(diǎn)選擇依據(jù)：式中：n為網(wǎng)絡(luò)中傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)；p為簇頭在所有節(jié)點(diǎn)中所占的百分比；r為選舉的輪數(shù)；表示這一輪循環(huán)中當(dāng)選過(guò)簇頭的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)；G為這一輪循環(huán)中未當(dāng)選過(guò)簇頭的節(jié)點(diǎn)的集合。第3章路由協(xié)議LEACH的執(zhí)行過(guò)程是周期性的。每輪循環(huán)的基本過(guò)程：在簇的建立階段，每個(gè)節(jié)點(diǎn)選取一個(gè)介于0與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。式（3-1）表明：只有那些以前的輪回中沒(méi)有做過(guò)簇頭的節(jié)點(diǎn)、能量消耗較少的節(jié)點(diǎn)才能夠成為當(dāng)前輪回的簇頭節(jié)點(diǎn)。如果節(jié)點(diǎn)已經(jīng)當(dāng)選過(guò)簇頭節(jié)點(diǎn)，則將閥值設(shè)為0，這個(gè)節(jié)點(diǎn)將不再參與簇頭的選擇。而對(duì)于未當(dāng)選過(guò)簇頭的節(jié)點(diǎn)，則根據(jù)概率當(dāng)選。節(jié)點(diǎn)當(dāng)選簇頭后向所有節(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(hào)的強(qiáng)弱來(lái)決定加入哪個(gè)簇，并回復(fù)該簇簇頭。當(dāng)簇頭接收到所有的加入信息后，就產(chǎn)生一個(gè)TDMA消息，通知本簇內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)的工作時(shí)間。這樣，在數(shù)據(jù)傳輸階段，簇內(nèi)的所有節(jié)點(diǎn)按照TDMA(時(shí)分復(fù)用)時(shí)隙向簇頭發(fā)送數(shù)據(jù)。簇頭將數(shù)據(jù)融合之后把結(jié)果發(fā)給基站。在持續(xù)工作一段時(shí)間之后，網(wǎng)絡(luò)重新進(jìn)入啟動(dòng)階段，進(jìn)行下一輪的簇頭選取并重新建立簇。第3章路由協(xié)議為了節(jié)省資源開(kāi)銷(xiāo)，LEACH穩(wěn)定階段的持續(xù)時(shí)間要長(zhǎng)于建立階段的持續(xù)時(shí)間。缺點(diǎn)：隨機(jī)選舉簇頭方式可避免簇頭過(guò)分消耗能量，提高了網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間；數(shù)據(jù)聚合能有效減少通信量。但協(xié)議層次化的目的在于數(shù)據(jù)聚合，仍采用一跳通信，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(huì)導(dǎo)致生存時(shí)間較短；頻繁選舉簇頭引發(fā)的通信量耗費(fèi)了能量。第3章路由協(xié)議2．PEGASIS協(xié)議[18]PEGASIS(power-efficientgatheringinsensorinformationsystems)并不是嚴(yán)格意義上的分簇路由協(xié)議，但它借鑒了LEACH中分簇算法的思想。要求:每個(gè)節(jié)點(diǎn)都知道網(wǎng)絡(luò)中其他節(jié)點(diǎn)的位置，通過(guò)貪婪算法選擇最近的鄰節(jié)點(diǎn)形成鏈。動(dòng)態(tài)選舉簇頭的方法:設(shè)網(wǎng)絡(luò)中N個(gè)節(jié)點(diǎn)都用1-N的自然數(shù)編號(hào)，第j輪選取的簇頭是第i個(gè)節(jié)點(diǎn)，i=jmodN(i為0時(shí)，取N)。簇頭與sink點(diǎn)一跳通信，利用令牌控制鏈兩端數(shù)據(jù)沿鏈傳送到簇頭本身，在傳送過(guò)程中可聚合數(shù)據(jù)。當(dāng)鏈兩端數(shù)據(jù)都傳送完成時(shí)，開(kāi)始新一輪選舉與傳輸。

第3章路由協(xié)議優(yōu)點(diǎn)：通過(guò)避免LEACH協(xié)議頻繁選舉簇頭帶來(lái)的通信開(kāi)銷(xiāo)以及自身有效的鏈?zhǔn)綌?shù)據(jù)聚合，極大地減少了數(shù)據(jù)傳輸次數(shù)和通信量；節(jié)點(diǎn)采用小功率與最近距離鄰節(jié)點(diǎn)通信，形成多跳通信方式，有效地利用了能量，與LEACH協(xié)議相比能大幅提高網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間。缺點(diǎn)：?jiǎn)未胤椒ㄊ沟么仡^成為關(guān)鍵點(diǎn)，其失效會(huì)導(dǎo)致路由失敗；要求節(jié)點(diǎn)都具有與sink點(diǎn)通信的能力；如果鏈過(guò)長(zhǎng)，數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延將會(huì)增大，不適合實(shí)時(shí)應(yīng)用；成鏈算法要求節(jié)點(diǎn)知道其他節(jié)點(diǎn)位置，開(kāi)銷(xiāo)非常大。第3章路由協(xié)議3．TEEN協(xié)議[19]TEEN(thresholdsensitiveenergyefficientsensornetworkprotocol)采用類(lèi)似LEACH的分簇算法，只是在數(shù)據(jù)傳送階段使用不同的策略。根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸模式的不同，通?？梢院?jiǎn)單地把WSNs分為主動(dòng)型(proactive)和響應(yīng)型(reactive)兩種類(lèi)型。主動(dòng)型WSNs持續(xù)監(jiān)測(cè)周?chē)h(huán)境，并以恒定速率發(fā)送監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；而響應(yīng)型WSNs只是在被監(jiān)測(cè)對(duì)象發(fā)生突變時(shí)才傳送監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。TEEN的具體做法是在協(xié)議中設(shè)置了硬、軟兩個(gè)閾值，以減少發(fā)送數(shù)據(jù)的次數(shù)。在每輪簇頭輪換時(shí)將兩個(gè)閾值廣播出去。當(dāng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)第一次超過(guò)設(shè)置的硬閾值時(shí)，節(jié)點(diǎn)把這次數(shù)據(jù)設(shè)為新的硬閾值，并在接下來(lái)的時(shí)隙內(nèi)發(fā)送它。之后，只有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)超過(guò)硬閾值并且監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的變化幅度大于軟閾值時(shí)，節(jié)點(diǎn)才會(huì)傳送最新的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并將它設(shè)為新的硬閾值。第3章路由協(xié)議通過(guò)調(diào)節(jié)兩個(gè)閾值的大小，可以在精度要求與系統(tǒng)能耗之間取得合理的平衡。對(duì)些突發(fā)事件和熱點(diǎn)地區(qū)的監(jiān)控中，減少網(wǎng)絡(luò)通信量。優(yōu)點(diǎn)：比LEACH更有效。缺點(diǎn)：（1）如果閾值不能達(dá)到，節(jié)點(diǎn)不會(huì)傳送任何數(shù)據(jù)；（2）數(shù)據(jù)一旦符合閾值要求，節(jié)點(diǎn)立即傳送，容易造成信號(hào)干擾，如果采用TDMA，則會(huì)造成數(shù)據(jù)延遲。改進(jìn)措施：采用ARTEEN。ARTEEN是一種混合式的路由協(xié)議，平時(shí)采用與TEEN協(xié)議一樣的工作方式，但是如果超過(guò)一定的時(shí)間節(jié)點(diǎn)沒(méi)有發(fā)送任何數(shù)據(jù)，則強(qiáng)制要求節(jié)點(diǎn)傳送一次數(shù)據(jù)。其主要缺點(diǎn)是增加了協(xié)議的復(fù)雜度，需要一個(gè)軟、硬門(mén)限值和定時(shí)。第3章路由協(xié)議4．GAF協(xié)議[20]基于位置信息的能量感知路由協(xié)議。最初應(yīng)用在Adhoc網(wǎng)絡(luò)中，但對(duì)于很多傳感器網(wǎng)絡(luò)同樣適用。協(xié)議基本思想：將網(wǎng)絡(luò)區(qū)域劃分成很多小區(qū)，每個(gè)小區(qū)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)相互協(xié)作，一部分節(jié)點(diǎn)保持正常工作狀態(tài)，完成數(shù)據(jù)收集和轉(zhuǎn)發(fā)等任務(wù)；另一部分節(jié)點(diǎn)可以處于睡眠狀態(tài)以節(jié)省能量，延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)整體壽命。小區(qū)內(nèi)處于正常工作的節(jié)點(diǎn)就相當(dāng)于簇首。缺點(diǎn)：每個(gè)節(jié)點(diǎn)都需要通過(guò)GPS得到自己的地理信息，這大大增加了節(jié)點(diǎn)的成本和復(fù)雜度，不適用于很多場(chǎng)合。第3章路由協(xié)議5．GEAR協(xié)議[21]GEAR(geographicandenergyawarerouting)與GAF協(xié)議一樣基于位置信息的能量感知路由，并將整體網(wǎng)絡(luò)按地理區(qū)域劃分成多個(gè)小區(qū)域。GEAR路由機(jī)制根據(jù)事件區(qū)域的地理位置信息，建立匯聚節(jié)點(diǎn)到事件區(qū)域的優(yōu)化路徑，避免了洪泛傳播方式，從而減少了路由建立的開(kāi)銷(xiāo)。GEAR路由假設(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，并通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)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。GEAR適用于節(jié)點(diǎn)移動(dòng)較少的網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)合。核心思想：將定向擴(kuò)散協(xié)議的興趣消息限制在一定的區(qū)域，而不是在全網(wǎng)廣播。第3章路由協(xié)議6．SPAN協(xié)議[22]基于位置的路由協(xié)議。根據(jù)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的地理位置，從中選取出一些協(xié)調(diào)點(diǎn)。協(xié)調(diào)點(diǎn)將組成一個(gè)骨干網(wǎng)；傳感器節(jié)點(diǎn)收集的信息沿著協(xié)調(diào)點(diǎn)組成的骨干網(wǎng)傳送到sink點(diǎn)。協(xié)調(diào)點(diǎn)選取的基本原則：如果其兩個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)不能直接通信，并且通過(guò)現(xiàn)有的一個(gè)或兩個(gè)協(xié)調(diào)點(diǎn)依然無(wú)法連接通信，那么這個(gè)節(jié)點(diǎn)將成為協(xié)調(diào)點(diǎn)。SPAN協(xié)議中，協(xié)調(diào)點(diǎn)需要保存兩跳或三跳范圍內(nèi)的節(jié)點(diǎn)信息，因此協(xié)調(diào)點(diǎn)并不需要直接相連。第3章路由協(xié)議7．SOP[23]SOP(self-organizationprotocol)將網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)分成兩類(lèi)，即傳感器節(jié)點(diǎn)和路由節(jié)點(diǎn)。傳感器節(jié)點(diǎn)可移動(dòng)，路由節(jié)點(diǎn)不能移動(dòng)。路由節(jié)點(diǎn)形成主干網(wǎng)，傳感器節(jié)點(diǎn)收集的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)路由節(jié)點(diǎn)到達(dá)sink點(diǎn)；每個(gè)傳感器應(yīng)該能夠到達(dá)一個(gè)路由器。路由節(jié)點(diǎn)之間構(gòu)成一個(gè)樹(shù)狀拓?fù)洌瑥亩csink相連接。傳感器節(jié)點(diǎn)僅僅與最近的路由節(jié)點(diǎn)保持連接。協(xié)議操作的四個(gè)階段：(1)發(fā)現(xiàn)階段———發(fā)現(xiàn)自己的鄰居節(jié)點(diǎn)。(2)自組織階段———形成分簇結(jié)構(gòu)，計(jì)算簇內(nèi)和簇首到sink間的路由，形成樹(shù)狀結(jié)構(gòu)。(3)維護(hù)階段———維護(hù)傳感器節(jié)點(diǎn)移動(dòng)和鏈路斷開(kāi)以后的拓?fù)渥兓?4)重組階段———當(dāng)