其他典型路由協議 - 無線傳感器網絡路由協議的節能設計

　　2 其他典型路由協議

　　路由器提供了異構網互聯的機制，實現將一個網絡的數據包發送到另一個網絡。而路由就是指導IP數據包發送的路徑信息。路由協議就是在路由指導IP數據包發送過程中事先約定好的規定和標準。路由協議通過在路由器之間共享路由信息來支持可路由協議。路由信息在相鄰路由器之間傳遞，確保所有路由器知道到其它路由器的路徑。總之，路由協議創建了路由表，描述了網絡拓撲結構；路由協議與路由器協同工作，執行路由選擇和數據包轉發功能。

　　2.1 SPIN協議

　　SPIN協議的設計思想是：每個節點在發送數據前通過協商來確定其他節點是否需要該數據；同時，節點通過"元數據"確定接收數據中是否有重復信息存在。節點通過3種消息進行通信：ADV（數據描述），REQ（數據請求）和DATA（數據）。源節點在傳送DATA信息之前，首先向相鄰節點廣播包含DATA數據描述機制的ADV信息，需要該DATA信息的鄰節點向信息源發送REQ請求信息，源節點在收到REQ信息后，有選擇地將DATA信息發送給相應的鄰節點。收到DATA后，該鄰節點可以作為信息源，按照前述過程將DATA信息繼續傳播到網絡中的其他節點。該協議的優點是：ADV消息減輕了內爆問題；通過數據命名解決了交疊問題；節點根據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的問題，進而有效地節約了能量。其缺陷是：當產生或收到數據的節點的所有鄰節點均不需要該數據時，將導致數據不能繼續轉發，會使較遠節點無法得到數據。

　　2.2 DD協議

　　DD（Directed Diffusion）是Estrin等人專為無線傳感器網絡設計的路由協議。匯聚節點將查詢任務封裝成興趣消息（interest）的形式，采用洪泛方式傳播興趣消息到其他節點，興趣消息用來表達用戶對監測區域內感興趣的信息。在興趣消息的傳播過程中，協議逐跳地在每個節點上建立反向的從數據源到匯聚節點的數據傳輸梯度。節點將采集到的數據沿著梯度方向傳送到匯聚節點。定向擴散的最大特點是引入網絡梯度的概念，其優勢在于擴散過程能夠將按照經驗選取的較優路徑緩存以實現節能，并且提高節點間的有效性、魯棒性和協作的可擴展性。

　　2.3 GEAR協議

　　GEAR是一種典型的地理位置路由協議。該算法的提出基于以下思想：在傳感器網絡中向適當區域發送查詢時，此查詢數據中包含了位置屬性信息，因此，可以利用這一信息將在整個網絡中擴散的信息傳送到適當的位置區域中。該算法引入了預估費用（estimated cost）和學習費用（1earning cost），通過比較兩者值的大小來選取更接近匯聚節點的傳感器節點作為下一跳。GEAR利用能量和地理信息作為啟發式選擇路徑向目標區域傳送數據，它是在DD的基礎上提出的，但由于GEAR只考慮向某個特定區域發送興趣，而不是像DD那樣發布到整個網絡，因此，GEAR相對DD更加節省能量。

　　2.4 SAR協議

　　SAR（Sequential Assignment Routing）協議是一個典型的具有QoS意識的路由協議。該協議通過構建以匯聚節點的單跳鄰節點為根節點的多播樹來實現傳感器節點到匯聚節點的多跳路徑，即匯聚節點的所有下一跳鄰節點都以自己為根創建生成樹，在創建生成樹過程中考慮節點的時延，丟包率等QoS參數以及最大數據傳輸能力，這樣就反向建立了到匯聚節點的具有不同QoS參數的多條路徑。SAR的一個突出優點是綜合考慮了能效和QoS,仿真結果表明，與只考慮路徑能量消耗的最小能量度量協議相比，SAR的能量消耗較少。

　　3 路由協議對比分析

　　節能是無線傳感器網絡最重要的特征，因而高效地利用能量是無限傳感器網絡路由協議設計的根本出發點。LEACH和PEGASIS具備很好的節能策略，SPIN,DD,GEAR,SAR也分別具備相應的節能策略。但是，無線傳感器網絡與應用高度相關，所以路由協議在節能的前提下還要滿足以下方面的性能要求：以數據為中心、支持數據融合、基于節點定位、具有可擴展性、魯棒性、提供QoS支持等。依據上述性能指標，對描述的路由協議特點進行對比的結果如表1所示。