目前國內外科研人員已設計了多種面向WSN的路由協議，將其分為四類：以數據為中心的、分層次的、基于位置的、基于數據流模型和服務質量（QoS）要求的。

　?。?）以數據為中心的路由協議

　　此類路由協議是基于查詢和目標數據命名之上的，通過數據融合減少冗余的數據傳輸。

　　①Flooding協議和Gossiping協議：這是兩個最經典和簡單的傳統網絡路由協議，在Flooding協議中，節點產生或收到數據后向所有鄰節點廣播，數據包直到過期或到達目的地才停止傳播。該協議具有嚴重缺陷：內爆（implosiON），節點幾乎同時從鄰節點收到多份相同數據；交疊（overlap），節點先后收到監控同一區域的多個節點發送的幾乎相同的數據；資源利用盲目（resource blindness），節點不考慮自身資源限制，在任何情況下都轉發數據。Gossiping協議是對Flooding協議的改進，節點將產生或收到的數據隨機轉發，避免了內爆，但增加了時延。這兩個協議不需要維護路由信息，也不需要任何算法，簡單但擴展性很差。

　?、赟PIN協議：SPIN（sensor protocols for inf°rmatlon vla negotiation）協議節點利用三種消息進行通信：數據描述ADV、數據請求REQ和數據DATA。該協議以抽象的元數據對數據進行命名，命名方式沒有統一標準。節點產生或收到數據后，用包含元數據的ADV消息向鄰節點通告，需要數據的鄰節點用REQ消息提出請求，然后將DATA消息發送到請求節點。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問題；與Flooding協議和Gossiping協議

　　相比，有效地節約了能量。其缺陷是：SPIN的廣播機制不能保證數據的可靠傳送，當產生或收到數據的節點的所有鄰節點都不需要該數據時，將導致數據不能繼續轉發，以致較遠節點無法得到數據；而當某sink點對任何數據都需要時，其周圍節點的能量容易耗盡。圖1表示了SPIN協議的路由建立與數據傳輸。

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　　圖1 SPIN協議的路曲建立與數據傳輸

　?、鄱ㄏ驍U散（directed diffusion，DD）協議：DD協議用一組屬性值命名它生成的數據。為建立路由，sink節點在整個網絡或部分區域內flooding包含查詢任務的Interest消息；沿途節點按需對各Interest進行緩存與合并，并根據Interest計算、創建包含數據上報率、下一跳等信息的梯度（gradient），從而建立多條指向sink點的路徑。Interest中的地理區域內節點則按要求啟動監測任務，并周期性地上報數據，途中各節點可對數據進行緩存與聚合；sink點可在數據傳輸過程中通過對某條路徑發送上報間隔更小或更大的Interest，以增強或減弱數據上報率。該協議的優點是：采用多路徑，健壯性好；使用數據聚合減少了數據通信量；sink點根據實際情況采取增強或減弱方式有效利用能量；使用查詢驅動機制按需建立路由，避免了保存全網信息。其缺點是：不適合環境監測等應用；建立梯度開銷很大，不適合多sink點網絡；數據聚合采用時間同步技術，帶來較大開銷和時延。圖2表示了Directed Diffusion協議的路由建立過程。

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　　圖2 Directed Diffusion協議的路由建立過程

　?、躌umor協議：Rumor協議引人了查詢消息的單播隨機轉發。當節點監測到事件后將其保存，并創建稱為代理（Agent）的生命周期較長的包括事件和源節點信息的數據包，將其按一條或多條隨機路徑在網絡中轉發，收到Agent的節點根據事件和源節點信息建立反向路徑，并將Agent再次隨機發送到相鄰節點，并可在再次發送前在Agent中增加其已知的事仵信息。同時sink節點的查詢請求也沿著一條隨機路徑轉發，當兩路徑交叉時則路由建立；如不交叉，sink點可flooding查詢請求。該協議優點是：適用于多sink點、查詢請求數目很大、網絡事件很少的情況。其缺點是：如果事件非常多，維護事件表和收發Agent帶來的開銷會很大；且因Rumor協議使用隨機方式生成路徑，數據傳輸路徑不是最優，甚至可能存在路由環路問題。圖3表示了Rumor協議中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

　?。?）分層次的路由協議

　　此類路由協議是讓節點參與到特定的節點簇內的多跳通信，簇頭再進行數據聚合，減少向sink節點傳送的消息數量，從而達到節省能量和提高可擴展性的目的。

　?、俚湍芰孔赃m應聚簇分層（low energy adaptive clustering hierarchy，LEACH）協議的具體實現過程分兩個階段：成簇階段和穩定階段（即數據傳輸階段），這兩個階段的時間總和為一輪（round）。在成簇階段，每個節點選取一個介于0和1之間的隨機數，如果這個數小于某個閾值，該節點成為簇頭；然后，簇頭向所有節點廣播自己成為簇頭的消息，每個節點根據接收到廣播信號的強弱來決定加人哪個簇，并回復該簇簇頭。在數據傳輸階段，簇內的所有節點按照TDMA時隙向簇頭發送數據，簇頭將數據融合和計算。在簇間，各簇頭節點采用CSMA協議競用通道，獲得通道的簇頭將融合的數據發給基站。之后進行下一輪。該協議優點是：隨機選舉簇頭避免簇頭過分消耗能量，提高了網絡生存時間；數據聚合有效減少了通信量。其缺點是：協議采用一跳通信，雖然傳輸時延小，但要求節點具有較大功率通信能力；擴展性差，不適合大規模網絡；即使在小規模網絡中，離sink點較遠的節點由于采用大功率通信也會導致生存時間較短；而且頻繁簇頭選舉引發的通信量耗費了能量。

　?、赥EEN協議：節能的閾值敏感的傳感器網絡協議（threshold sensitive energy efficient sensor network protocol，TEEN），采用類似LEACH的分簇算法，該協議設置了硬、軟兩個門限，只有同時滿足兩個門限時節點才發送數據。硬門限的初值由用戶根據應用確定；軟門限的初值為0。在每輪簇頭輪換的時候將兩個閾值廣播出去，當監測數據第一次超過設置的硬門限時，節點把這次數據設為新的硬門限，并在接下來的時隙內發送它。之后，只有監測數據超過硬門限并且監測數據的變化幅度不小于軟門限時，節點才會傳送最新的監測數據，并將它設為新的硬門限。通過設定兩個門限值，在檢測精度和系統能耗之間取得合理的平衡。采用這樣的方法，可以監視一些突發事件和熱點地區，減少網絡通信量。但TEEN存在兩個缺陷：一是如果門限值不能達到，節點不會傳送任何數據；二是數據一旦符合門限值要求，節點立即傳送，容易造成信號干擾，如果采用TDMA，則會造成數據延遲。

　?、蹆蓪訑祿l布（two tler data dissemination，TTDD）協議：TTDD協議適用的環境為靜止傳感區域內的移動sink節點和多sink節點的情形。當興趣出現時，周圍的節點選擇其中一個節點作為源節點發送數據，源節點以自己作為一個格狀網的交叉點構造一個格狀網。主要過程是：源節點先計算出相鄰交叉點位置，利用貪婪算法請求最接近該位置的節點成為新交叉點，新交叉點繼續該過程直至請求過期或到達網絡邊緣。保存了事件和源節點信息的交叉點選作傳輸節點（dissem－Inatlon node）。數據查詢時，sink本地洪泛查詢請求到最近的傳輸節點，此后查詢請求在傳輸點間傳播直至源節點，數據則反向傳送到sink節點。

　　該協議的優點是：在傳輸過程中，傳輸節點對數據進行匯聚處理，減少了數據的傳輸開銷；該協議采用單路徑，與Diffusion協議相比，能夠提高網絡生存時間。缺點是：節點必須知道自身位置；非sink點位置不能移動；要求節點密度較大；且子網的構造過于復雜，計算與維護格狀網的開銷較大；算法不具有能量感知功能。

　?。?）基于位置的路由協議

　　此類路由協議利用節點的位置信息，把查詢或者數據轉發給需要的區域而不是整個網絡，縮減數據的傳送范圍進而來降低能耗。此外，設計時考慮了節點的移動性。

　?、俚乩碜赃m應保真（geographical adaptive fidelity，GAF）路由協議：該協議主要為移動Ad Hoc網絡設計，但是也用在傳感器網絡中。該協議把監測區域劃分成虛擬單元格，將節點按照位置信息劃人相應的單元格；在每個單元格中定期選舉產生一個簇頭節點，只有簇頭節點保持活動，其他節點進入睡眠狀態。在GAF中，節點輪流從睡眠狀態變到工作狀態，達到網絡負載均衡。為了處理節點的移動性，節點估算自己離開網格的時間并將之通知相鄰節點，因而睡眠節點可以相應調整睡眠時間，在工作節點離開本網格之前醒來接替工作，從而保持路由精度。GAF的優點是節點數量增加可大大提高網絡壽命，同時它解決了節點移動性的問題。但是GAF的缺陷是在節點稀疏的情況下的節能效果不好，而且網格簇頭的選擇是隨機的，沒有考慮節點剩余能量。

　?、谀芰扛兄╣eographical and energy aware routmg，GEAR）路由協議：協議假設已知事件區域的位置信息，每個節點知道自己的位置信息和剩余能量信息，通過一個簡單的Hello消息交換機制知道所有鄰居節點的位置信息和剩余能量信息。將數據分組傳送到目標域中所有的節點分兩個階段：目標域數據傳送和域內數據傳送。在目標域數據傳送階段，當節點接收到數據分組，它將鄰接點同目標域的代價和自己與目標域的代價相比較，代價更小，貝刂選擇最小代價的鄰接點作為下一跳節點；若不存在更小代價，則認為存在路由空洞“hole”，節點將根據鄰居的最小代價來選擇下一跳節點。在域內數據傳送階段，可通過域內直接洪泛和迭代的目標域數據傳送這兩種方式讓數據在域內擴散直到目標域剩下唯一的節點。GEAR的優點是：它將網絡中擴散的信息局限到適當的位置區域中，減少了中間節點的數量，從而降低了路由建立和數據傳送的能源開銷，進而更有效地提高了網絡的生命周期。其缺點是依賴節點的GPS定位信息，成本較高。

　　（4）提供數據流和服務質量保障的路由協議

　　此類協議在提供數據路由功能的同時滿足通信服務質量要求，建立路由路徑的同時考慮端對端的時延要求。

　?、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考慮進去的WSNs路由協議。SAR在每個節點與sink節點間生成多條路徑，維護多個樹結構，每個樹以落在sink的有效傳輸半徑內的節點為根向外生長，樹干的選擇需要滿足一定的QoS要求和能量儲各。這樣使大多數節點可能同時屬于多個樹，可任選某一采集樹回到sink。為了防止一些節點的死亡而導致網絡拓撲結構的變化，sink會定期發起路徑重建命令來保證網絡的連通性。同時，SAR使用本地路徑恢復機制的握手過程及增強路由表中每條路徑上下行數據流的連通性來恢復錯誤。SAR的一個突出的優點是綜合考慮了能效和QoS。雖然節點到Sink的多條路徑增強了SAR的容錯和恢復能力，但也增加了維護路由表及每個節點的狀態表的開銷，尤其在節點數目較大的時候。

　?、赟PEED協議：這是一個實時路由協議。SPEED中的每個節點記錄所有鄰節點的位置信息和轉發速度，并設定一個速度門限，當節點接收到一個數據包時，根據這個數據包的目的位置把相鄰節點中距離目的位置比該節點近的所有節點劃分為轉發節點候選集合，然后把轉發節點候選集合中轉發速度高于速度門限的節點劃分為轉發節點集合，在這個集合中轉發速度越高的節點被選為轉發節點的幾率越大。如果沒有節點屬于這個集合則利用反饋機制重新路由。該協議的優點是：在一定程度上實現了端到端的傳輸速率倮證、網絡擁塞控制以及負載平衡機制。其缺點是：路由的過程沒有考慮在多條路徑上傳輸以提高平均壽命，傳輸的報文沒有優先級機制。

　　平面路由協議的突出特點是可擴展性較差，由于無線傳感器網絡通常由密集分布在一定區域（如一片林區）的成百上千甚至數萬個傳感器節點構成，因此網絡規模非常大，不能直接采用可擴展性差的平面路由協議。相反，分簇路由協議由于可擴展性好，能滿足大型無線傳感器網絡的需求。

　　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，其共同的缺點是通常只考慮能量約束。盡管節能是無線傳感器網絡的一個關鍵問題，但在設計路由協議時單純只考慮節能問題是遠不夠的。隨著傳感器網絡應用范圍的迅速擴大和支持圖像傳送的新型傳感器的應用，要求傳感器網絡不僅能傳送數據業務，同時需要傳輸具有QoS要求的圖像業務。同時，不同的傳感數據的重要性和緊急性也不同，如傳送火警的數據比溫度數據更緊急，對傳送的服務質量要求也更高。所有這些都要求傳感器網絡的路由協議不僅需要考慮可擴展性、節能等問題，同時需要具有QoS保證功能，另外，安全性也是路由協議需要考慮的一個重要方面，因為錯誤的路由信息會使傳感數據不能到達接收節點，大量非法的路由信息甚至可能導致整個傳感器網絡的癱瘓。因此，需要進一步研究具有可擴展性好、提供QoS保證和良好的安全性的分簇路由協議。

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