無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)課件 第4章_無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議

1、第第 4 4 章章無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議1路由協(xié)議路由協(xié)議是WSN的關(guān)鍵技術(shù)之一，它負(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)主要包括兩個(gè)方面的功能： 尋找源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)的優(yōu)化路徑 將數(shù)據(jù)分組沿著優(yōu)化路徑正確轉(zhuǎn)發(fā)與有線網(wǎng)絡(luò)和蜂窩式無(wú)線網(wǎng)絡(luò)不同，WSN中沒有基礎(chǔ)設(shè)施和全網(wǎng)統(tǒng)一的控制中心在這種無(wú)中心的環(huán)境下，路由可以看成分布式地獲取網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔?，以一定?zhǔn)則計(jì)算路徑并對(duì)路徑進(jìn)行維護(hù)的過程。WSN的特點(diǎn)及對(duì)路由設(shè)計(jì)的影響 WSN的網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)是路由設(shè)計(jì)的主要依據(jù)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)的分析是進(jìn)行協(xié)議設(shè)計(jì) 的前提 無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的最大特點(diǎn)是具有明顯的方向性。 為了實(shí)現(xiàn)信息采集的目的，WSN的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)大

2、都發(fā)生在數(shù)據(jù)匯聚節(jié)點(diǎn)（sink）和普通的傳感器節(jié)點(diǎn)之間，包括sink節(jié)點(diǎn)到傳感器節(jié)點(diǎn)的下行業(yè)務(wù)（如查詢指令下達(dá)）和傳感器節(jié)點(diǎn)到sink的上行業(yè)務(wù)（如采集信息的回傳） 傳感器節(jié)點(diǎn)之間的橫向業(yè)務(wù)所占比例較小，主要是網(wǎng)絡(luò)的控制信息和網(wǎng)內(nèi)信息處理所需要的信息。 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)基本理念是以大量低成本節(jié)點(diǎn)組網(wǎng)，通過節(jié)點(diǎn)之間的協(xié)作獲得比單一的高精度、高可靠性和高成本的傳感器更好的信息采集效果。單個(gè)傳感器低能量和不可靠是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)固有的，將對(duì)協(xié)議設(shè)計(jì)產(chǎn)生較大影響。從對(duì)路由協(xié)議設(shè)計(jì)影響的角度，歸納WSN的特點(diǎn)1.形式多樣的信息報(bào)告模式WSN中信息報(bào)告模式分三類：a.事件觸發(fā)：節(jié)點(diǎn)采集信息后判斷，若超過

3、一定的閾值，則認(rèn)為發(fā)生了某種事件， 需要立即上報(bào)，如用于預(yù)警的WSNb.周期的：節(jié)點(diǎn)定期把采集到的信息報(bào)告給sink。如野生動(dòng)植物和環(huán)境監(jiān)測(cè)WSNc.基于查詢：node不主動(dòng)向sink上報(bào)采集到的信息，而是等待用戶查詢，根據(jù)用戶 需要反饋信息。d.混合模式：前三種的綜合。如智能交通的WSN不同的信息報(bào)告模式影響路由的觸發(fā)機(jī)制a.事件觸發(fā)模式：從節(jié)能的角度，按需建立路由更恰當(dāng)b.周期報(bào)告模式：采用先應(yīng)式的方法建立路由更加合適c.基于查詢模式：查詢信息的本身就可以輔助建立路由2.多對(duì)一和一對(duì)多為主的業(yè)務(wù)模式 WSN的主要業(yè)務(wù)是傳感器節(jié)點(diǎn)把采集到的信息傳給sink和sink向WSN下達(dá)查詢命令，這是

4、典型的多對(duì)一和一對(duì)多的模式。 為了支持這種通信模式，WSN中很多路由協(xié)議建立具有樹狀結(jié)構(gòu)的路由3.數(shù)據(jù)為中心的設(shè)計(jì)理念把WSN看成是一個(gè)大型的數(shù)據(jù)庫(kù)，用戶關(guān)心的是從這里得到什么信息，而不關(guān)心數(shù)據(jù)庫(kù)中的哪個(gè)元素（node）提供了該信息 該理念對(duì)網(wǎng)絡(luò)層的一個(gè)重要影響是節(jié)點(diǎn)的地址分配 一般情況下沒必要為每個(gè)node分配全局唯一地址，node描述信息產(chǎn)生時(shí)間，地點(diǎn)和內(nèi)容即可，統(tǒng)一編址，對(duì)大規(guī)模WSN開銷過大 特定情況，節(jié)點(diǎn)ID和位置具有一定綁定關(guān)系，可用ID代替位置。如工業(yè)檢測(cè)WSN 從實(shí)現(xiàn)多跳通信的角度，需要在局部標(biāo)識(shí)不同的節(jié)點(diǎn)。 該理念還影響分組轉(zhuǎn)發(fā)的過程 WSN中，原始數(shù)據(jù)可能存在一定的冗余，在

5、滿足信息采集的要求前提下，可以在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)過程中對(duì)其進(jìn)行修改，甚至把多個(gè)分組合并成一個(gè)分組，從而降低能耗4.動(dòng)態(tài)變化的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?大部分的WSN中節(jié)點(diǎn)并不移動(dòng)，造成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓闹饕蚴枪?jié)點(diǎn)的失效和存在不可靠性、非對(duì)稱鏈路。為了節(jié)能和延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)壽命，需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行休眠調(diào)度，會(huì)在一定程度上增加網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞膭?dòng)態(tài)性。在有些WSN中為了彌補(bǔ)節(jié)點(diǎn)失效造成的性能損失，進(jìn)行再布設(shè)（re-deployment），也會(huì)使網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)生變化。 有些WSN中的節(jié)點(diǎn)是可移動(dòng)的，如醫(yī)療監(jiān)測(cè)WSN，候鳥遷徙WSN，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓容^快5.能量受限、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的節(jié)點(diǎn)Node大都由電池供電，電池體積小，能量有限且難以更換許多場(chǎng)合需要WS

6、N連續(xù)工作數(shù)年甚至更長(zhǎng)。Node結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，存儲(chǔ)、處理、通信能力低，單個(gè)節(jié)點(diǎn)可靠性差。要求協(xié)議盡可能簡(jiǎn)單，具有容錯(cuò)性6.密集布設(shè)的大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)WSN通常密集布設(shè)大量節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)數(shù)量達(dá)到成千甚至上萬(wàn)。同時(shí)節(jié)點(diǎn)的密度也很高，有的情況下可以達(dá)到20個(gè)/m這些使得協(xié)議的可擴(kuò)展性變得十分重要1.能量有效性提高能量有效性是WSN從硬件設(shè)計(jì)到軟件開發(fā)都必須考慮的問題。從路由協(xié)議設(shè)計(jì)的角度有兩種思路提高能量有效性：a.節(jié)能：尋找節(jié)能路由，減少路由建立和維護(hù)的控制開銷，提高路由可靠性b.能耗均衡：從空間上調(diào)度能量資源，使網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)能量均衡消耗路由協(xié)議的關(guān)鍵問題分析2.可擴(kuò)展性可擴(kuò)展性是指網(wǎng)絡(luò)的性能不隨著網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的數(shù)

7、量增加而有明顯的下降兩類重要策略：a.分層路由：網(wǎng)絡(luò)分成若干層，低一層的群首構(gòu)成高一層的網(wǎng)絡(luò)。節(jié)點(diǎn)地位不同， 首為局部控制中心，負(fù)責(zé)群內(nèi)路由、信道接入、休眠調(diào)度等；大多數(shù)節(jié)點(diǎn)作為 群成員其操作相對(duì)簡(jiǎn)單，控制開銷較低b.地理路由：地理位置信息實(shí)際上體現(xiàn)節(jié)點(diǎn)間相對(duì)拓?fù)潢P(guān)系，利用這一信息路由 能很大程度上降低用于收集拓?fù)湫畔⒏冻龅拈_銷，提高協(xié)議的可擴(kuò)展性 地理路由使用的前提是節(jié)點(diǎn)能獲得自己和目的節(jié)點(diǎn)的地理位置信息 對(duì)于節(jié)點(diǎn)有移動(dòng)性，任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間都可能進(jìn)行通信的網(wǎng)絡(luò)，為獲得目的節(jié)點(diǎn) 位置信息需不斷更新位置信息，開銷較大，地理路由的優(yōu)勢(shì)就不明顯3.數(shù)據(jù)傳輸可靠性數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃灾苯雨P(guān)系到WSN是否能

8、給用戶提供準(zhǔn)確、全面和可靠的信息，而WSN中節(jié)點(diǎn)無(wú)線通信能力弱，應(yīng)用環(huán)境復(fù)雜，實(shí)際的鏈路質(zhì)量比較低。如何保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃允荳SN路由設(shè)計(jì)中的一個(gè)關(guān)鍵問題影響WSN數(shù)據(jù)傳輸可靠性原因：a.無(wú)線信道上的碰撞導(dǎo)致分組無(wú)法正確接收b.節(jié)點(diǎn)故障使路由不可用，導(dǎo)致分組丟失c.鏈路不可靠，導(dǎo)致分組傳輸出錯(cuò)或丟失路由協(xié)議的解決策略：a.建立多路徑路由：建立信源節(jié)點(diǎn)到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的多條路徑，選擇最優(yōu)路徑作為主路徑，其他路徑為備份使用多條路徑發(fā)送原始分組的多個(gè)副本，即使其中一些傳輸丟失也不會(huì)影響端到端 的可靠性b.選擇可靠鏈路幾十種WSN路由協(xié)議，未統(tǒng)一分類標(biāo)準(zhǔn)一種分類方法（5類）：路由協(xié)議的分類1.基于聚簇的路

9、由協(xié)議 LEACH, PEGASIS, TEEN等2.基于地理位置的路由協(xié)議 基于地理位置的距離貪心路由協(xié)議，基于地理位置的角度貪心路由協(xié)議，GEM,MAP, LCR等3.以數(shù)據(jù)為中心的路由協(xié)議 Flooding，SPIN，DD，Rumor-routing，TTDD，支持查詢的近似路由算法等4.能量感知路由協(xié)議 Energy aware routing，GEAR,等5.容錯(cuò)路由協(xié)議 建立多條路徑，重復(fù)傳輸數(shù)據(jù)包，基于編碼的機(jī)會(huì)路由協(xié)議（MORE）等以數(shù)據(jù)為中心泛洪路由(Flooding)擴(kuò)散法(Flooding)是一種傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議，不需要知道網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和使用任何路由算法協(xié)議內(nèi)容：一節(jié)點(diǎn)

10、S希望發(fā)送一塊數(shù)據(jù)給節(jié)點(diǎn)D，節(jié)點(diǎn)S首先通過網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)副本傳送給它的每一個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)，每一個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)又將其傳輸給各自的每一個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)，除了剛剛給它們發(fā)送數(shù)據(jù)副本的節(jié)點(diǎn)S外。如此繼續(xù)下去，直到將數(shù)據(jù)傳輸?shù)侥繕?biāo)節(jié)點(diǎn)D為止或者為該數(shù)據(jù)所設(shè)定的生命期限（在傳感器網(wǎng)絡(luò)里面通常定義為最大跳數(shù)）變?yōu)榱銥橹够蛘咚泄?jié)點(diǎn)擁有此數(shù)據(jù)副本為止。洪泛路由（Flooding）的優(yōu)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單不需要為保持網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔⒑蛯?shí)現(xiàn)復(fù)雜的路由發(fā)現(xiàn)算法而消耗計(jì)算資源適用于健壯性要求高的場(chǎng)合。洪泛路由（Flooding）的不足：存在信息爆炸(Implosion)問題，即出現(xiàn)一個(gè)節(jié)點(diǎn)可能得到一個(gè)數(shù)據(jù)多個(gè)副本的現(xiàn)象出現(xiàn)部分重疊(Overlap

11、)現(xiàn)象，如果處于同一觀測(cè)環(huán)境的兩個(gè)相鄰?fù)悅鞲衅鞴?jié)點(diǎn) 同時(shí)對(duì)一個(gè)事件作出反應(yīng)，二者采集的數(shù)據(jù)性質(zhì)相同，數(shù)值相近，那么，這兩個(gè)節(jié) 點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)將收到雙份數(shù)據(jù)副本盲目使用資源，即擴(kuò)散法不考慮各節(jié)點(diǎn)能量可用狀況因而無(wú)法作出相應(yīng)的自適應(yīng) 路由選擇。洪泛路由（Flooding）的應(yīng)用情況：網(wǎng)絡(luò)資源過于浪費(fèi)，實(shí)際很少直接采用具有極好的健壯性，可用于軍事應(yīng)用作為衡量標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)其它路由算法SPIN協(xié)議（sensor protocol for information via negotiation）SPIN是最早的以數(shù)據(jù)為中心的自適應(yīng)路由協(xié)議，通過協(xié)商機(jī)制來解決洪泛算法中的“內(nèi)爆”和“重疊”問題，節(jié)省了能量的消耗

12、。a.為了避免出現(xiàn)擴(kuò)散法的信息爆炸問題和部分重疊現(xiàn)象，傳感器節(jié)點(diǎn)在傳送數(shù)據(jù)之前彼此進(jìn)行協(xié)商，協(xié)商制度可確保傳輸有用數(shù)據(jù)b.節(jié)點(diǎn)間通過發(fā)送元數(shù)據(jù)(即描述傳感器節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)屬性的數(shù)據(jù)，meta-data)，而不是采集的整個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行協(xié)商。由于元數(shù)據(jù)大小小于采集的數(shù)據(jù)，所以，傳輸元數(shù)據(jù)消耗的能量相對(duì)較少。為避免盲目使用資源，所有傳感器節(jié)點(diǎn)必須監(jiān)控各自的能量變化情況。c.在傳輸或接收數(shù)據(jù)之前，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都必須檢查各自可用的能量狀況，如果處于低能量水平，必須中斷一些操作，比如充當(dāng)路由器的角色，停止對(duì)其他節(jié)點(diǎn)的一些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)操作d. SPIN有3種數(shù)據(jù)包類型，即ADV、REQ和DATA.節(jié)點(diǎn)用ADV宣布有數(shù)據(jù)

13、發(fā)送，用REQ請(qǐng)求希望接收數(shù)據(jù)，用DATA封裝數(shù)據(jù)ADV：用于新數(shù)據(jù)廣播。當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)有數(shù)據(jù)可共享時(shí)，它可用ADV數(shù)據(jù)包(包含元 數(shù)據(jù))對(duì)外廣播REQ：用于請(qǐng)求發(fā)送數(shù)據(jù)。當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)希望接收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-data header)的傳感器采集的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)包SPIN-PP采用點(diǎn)到點(diǎn)的通信模式，并假定兩節(jié)點(diǎn)間的通信不受其他節(jié)點(diǎn)的干擾，分組不會(huì)丟失，功率沒有任何限制1.在發(fā)送一個(gè)DATA數(shù)據(jù)包之前，一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)首先對(duì)向鄰居節(jié)點(diǎn)廣播ADV數(shù)據(jù)包；2.如果一個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)在收到ADV后有意愿接收該DATA數(shù)據(jù)包，那么它向該節(jié)點(diǎn)發(fā)送 一個(gè)REQ數(shù)據(jù)包，接著

14、節(jié)點(diǎn)向該鄰居節(jié)點(diǎn)發(fā)送DATA數(shù)據(jù)包。3.類似地進(jìn)行下去，DATA數(shù)據(jù)包可被傳輸?shù)竭h(yuǎn)方匯節(jié)點(diǎn)或基站。SPIN協(xié)議的優(yōu)點(diǎn)：1.小ADV消息減輕了內(nèi)爆問題;2.通過數(shù)據(jù)命名解決了交疊問題；3.節(jié)點(diǎn)根據(jù)自身資源和應(yīng)用信息決定是否進(jìn)行ADV通告，避免了資源利用盲目問 題，有效地節(jié)約了能量。SPIN協(xié)議的不足：在傳輸新數(shù)據(jù)的過程中，直接向鄰居節(jié)點(diǎn)廣播ADV數(shù)據(jù)包，而沒有考慮其所有鄰居節(jié)點(diǎn)由于自身能量的原因，不愿承擔(dān)起轉(zhuǎn)發(fā)新數(shù)據(jù)的功能，則新數(shù)據(jù)無(wú)法傳輸，將會(huì)出現(xiàn)“數(shù)據(jù)盲點(diǎn)”，進(jìn)而影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)信息的收集DD（Directed Diffusion）定向擴(kuò)散路由協(xié)議：Directed Diffusion是一種以數(shù)

15、據(jù)為中心的路由協(xié)議，與已有的路由協(xié)議有著截然不同的實(shí)現(xiàn)機(jī)制，其突出特點(diǎn)是引入了梯度來描述網(wǎng)絡(luò)中間節(jié)點(diǎn)對(duì)該方向繼續(xù)搜索獲得匹配數(shù)據(jù)的可能性。DD協(xié)議內(nèi)容：節(jié)點(diǎn)用一組來命名它所生成的數(shù)據(jù)。1.建立路由時(shí)，sink節(jié)點(diǎn)flooding包含屬性列表、上報(bào)間隔、持續(xù)時(shí)間、地理區(qū)域等 信息的查詢請(qǐng)求Interest （該過程本質(zhì)上是設(shè)置一個(gè)監(jiān)測(cè)任務(wù)，通過分配不同屬性 值來表示不同任務(wù)的描述符）。2.每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)在收到嗜好（Interest）后保存在各自的Cache中。每個(gè)嗜好項(xiàng) (interest entry)包含一個(gè)時(shí)間標(biāo)簽域(timestamp field)和若干個(gè)梯度域(gradient fiel

16、d， 按成本最小化和能量自適應(yīng)原則引導(dǎo)數(shù)據(jù)擴(kuò)散的方向)。3.當(dāng)一個(gè)嗜好傳遍整個(gè)網(wǎng)絡(luò)后，從源節(jié)點(diǎn)(即嗜好所在區(qū)域的傳感器節(jié)點(diǎn))到sink節(jié)點(diǎn) 或基站之間的梯度就建立起來了。4.一旦源節(jié)點(diǎn)采集到嗜好所需的數(shù)據(jù)，那么源節(jié)點(diǎn)沿著該嗜好的梯度路徑傳輸數(shù)據(jù)到 sink節(jié)點(diǎn)或基站。其中，源節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)首先在本地采用數(shù)據(jù)融合技術(shù)進(jìn)行整合， 然后在網(wǎng)上傳輸。右圖描述DD路由協(xié)議的工作原理在Directed Diffusion中，可以對(duì)路徑進(jìn)行修復(fù)。在建立多條數(shù)據(jù)源到Sink節(jié)點(diǎn)的路徑之后，Sink節(jié)點(diǎn)可以選擇增強(qiáng)其中的一條路徑用于數(shù)據(jù)的傳輸，而同時(shí)保持另外一條低速數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆窂健．?dāng)高速路徑，也就是經(jīng)過增強(qiáng)的路

17、徑出現(xiàn)故障時(shí)，Sink節(jié)點(diǎn)可以增強(qiáng)低速路徑，保證源節(jié)點(diǎn)到Sink節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸。雖然保持低速路徑的過程需要消耗一些能量，但是在故障時(shí)，可以節(jié)省很多能量開銷。對(duì)于故障比較頻繁的網(wǎng)絡(luò)，保持一條低速路徑是很有好處的。DD與SPIN的最大區(qū)別：DD采用基于需求的數(shù)據(jù)查詢機(jī)制。在DD中，由Sink節(jié)點(diǎn)發(fā)出數(shù)據(jù)查詢請(qǐng)求，而在SPIN中，節(jié)點(diǎn)廣播自己的數(shù)據(jù)，以允許其他節(jié)點(diǎn)來查詢。DD路由協(xié)議的優(yōu)點(diǎn)：1.采用多路徑,健壯性好;2.節(jié)點(diǎn)只需要和鄰居節(jié)點(diǎn)通信，因而不需要全局的地址機(jī)制，使用查詢驅(qū)動(dòng)機(jī)制按 需建立路由,避免了保存全網(wǎng)信息；3.每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以進(jìn)行數(shù)據(jù)融合操作，能減少數(shù)據(jù)通信量，節(jié)省能量消耗；4.sin

18、k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；5.節(jié)點(diǎn)不需要維護(hù)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)的發(fā)送是基于需求的，因此它是一個(gè)非常 節(jié)能的路由協(xié)議。DD路由協(xié)議的優(yōu)點(diǎn)：1.基于查詢驅(qū)動(dòng)模型的，不適用于環(huán)境監(jiān)測(cè)的WSN；2.Gradient的建立開銷很大,不適合多sink點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)；3.數(shù)據(jù)聚合過程采用時(shí)間同步技術(shù),會(huì)帶來較大開銷和時(shí)延；4.不同的應(yīng)用中需要定義不同的命名方案，也就是對(duì)，從而限制了它 的應(yīng)用。Rumor 路由協(xié)議（謠傳路由）：Rumor Routing是在Directed Diffusion的基礎(chǔ)上演化而來的。通常情況下，Directed Diffusion協(xié)議需要向整個(gè)網(wǎng)絡(luò)廣播興趣，而在

19、某些應(yīng)用中，只有少量的數(shù)據(jù)需要從源節(jié)點(diǎn)傳遞到Sink節(jié)點(diǎn)。在這種情況下，沒有必要向整個(gè)網(wǎng)絡(luò)廣播興趣。當(dāng)WSN中的事件（對(duì)應(yīng)著數(shù)據(jù)的傳遞）數(shù)量很少，而查詢（對(duì)應(yīng)著興趣的廣播）數(shù)量很多的時(shí)候，可以采用廣播事件的方法，以節(jié)省能量的消耗。Rumor Routing是一個(gè)介于事件廣播（向整個(gè)網(wǎng)絡(luò)廣播事件）和興趣廣播（向整個(gè)網(wǎng)絡(luò)廣播興趣）之間的一種路由協(xié)議Rumor Routing核心思想：1.借鑒了歐氏平面圖上任意兩條曲線交叉幾率很大的思想2.當(dāng)節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)到事件后將其保存，并創(chuàng)建稱為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)3.收到Agent的節(jié)點(diǎn)根據(jù)事

20、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4.sink點(diǎn)的查詢請(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5.如不交叉,sink點(diǎn)可flooding查詢請(qǐng)求 Rumor協(xié)議中Agent傳播和Agent路徑與查詢路徑的交叉在多sink點(diǎn)、查詢請(qǐng)求數(shù)目很大、網(wǎng)絡(luò)事件很少的情況下，Rumor協(xié)議較為有效.但如果事件非常多,維護(hù)事件表和收發(fā)Agent帶來的開銷會(huì)很大?；诰鄞氐穆酚蓞f(xié)議LEACH（Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy）路由協(xié)議：LEACH是一種基于聚類(Clu

21、stering)路由協(xié)議，在WSN路由協(xié)議占有重要地位，其他基于聚類的路由協(xié)議如TEEN、APTEEN、PEGASIS等大都由LEACH發(fā)展而來LEACH路由協(xié)議的核心思想：1.LEACH協(xié)議分為兩個(gè)階段操作，即類準(zhǔn)備階段(set-up phase)和就緒階段(ready phase)。為了使能耗最小化，就緒階段持續(xù)的時(shí)間比類準(zhǔn)備階段長(zhǎng)。類準(zhǔn)備階段 和就緒階段所持續(xù)的時(shí)間總和稱為一輪(round)2.在類準(zhǔn)備階段，LEACH協(xié)議隨機(jī)選擇一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)作為類頭節(jié)點(diǎn)(cluster head node)，隨機(jī)性確保類頭與基站之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)母吣芎某杀揪鶆虻胤謹(jǐn)偟剿袀鞲?器節(jié)點(diǎn)。3.具體的選擇辦法是

22、：一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)隨機(jī)選擇 0和1之間的一個(gè)值，如果選定的值小于某一個(gè) 閾值T(n)，那么這個(gè)節(jié)點(diǎn)成為類頭節(jié)點(diǎn)。 T(n)值按右邊公式計(jì)算：N：網(wǎng)絡(luò)中傳感器節(jié)點(diǎn)的總數(shù)；p：一輪中網(wǎng)絡(luò)的類頭節(jié)點(diǎn)數(shù)；r：己完成的輪數(shù)；Gr：在剩余的N/k-r個(gè)回合中未成為類頭節(jié)點(diǎn)的傳感器節(jié)點(diǎn)組成的集合；4.在類頭節(jié)點(diǎn)選定后，該類頭節(jié)點(diǎn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)進(jìn)行廣播，廣播數(shù)據(jù)包含有該節(jié) 點(diǎn)成為類頭節(jié)點(diǎn)的信息。一旦傳感器節(jié)點(diǎn)收到廣播數(shù)據(jù)包，根據(jù)接收到的各個(gè)類頭 節(jié)點(diǎn)廣播信號(hào)強(qiáng)度，該節(jié)點(diǎn)選擇信號(hào)強(qiáng)度最大的類頭節(jié)點(diǎn)加入，向其發(fā)送成為其成 員的數(shù)據(jù)包。類形成后，類頭節(jié)點(diǎn)采用TDMA策略分配通道使用權(quán)給類內(nèi)節(jié)點(diǎn)。5.一旦處于就緒階段

23、，類頭節(jié)點(diǎn)開始接收類內(nèi)各節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)，然后采用數(shù)據(jù)融合 和數(shù)據(jù)壓縮等技術(shù)進(jìn)行匯聚，將整合后的數(shù)據(jù)傳輸給Sink節(jié)點(diǎn)。在就緒階段持續(xù)了 一段時(shí)間后，網(wǎng)絡(luò)又進(jìn)入了另一次的類準(zhǔn)備階段。LEACH路由協(xié)議模型LEACH協(xié)議的優(yōu)點(diǎn)：隨機(jī)選擇簇頭，平均分擔(dān)路由業(yè)務(wù)，減小了能耗LEACH協(xié)議的不足：不適合大范圍的應(yīng)用；集群分組方式帶來了額外開銷以及覆蓋問題僅適用于每個(gè)節(jié)點(diǎn)在單位時(shí)間內(nèi)需要發(fā)送的數(shù)據(jù)量基本相同的情況，而不適合 突發(fā)數(shù)據(jù)通信。PEGASIS（power-efficient gathering in sensor information system）協(xié)議PEGASIS由LEACH發(fā)展而來，它是

24、LEACH協(xié)議的一種改進(jìn)版本，仍然采用動(dòng)態(tài)選舉簇頭的思想,但為避免頻繁選舉簇頭的通信開銷,采用無(wú)通信量的簇頭選舉方法,且網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)只形成一個(gè)簇,稱為鏈.該協(xié)議要求每個(gè)節(jié)點(diǎn)都知道網(wǎng)絡(luò)中其他節(jié)點(diǎn)的位置,通過貪心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1N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=j mod N(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),開始新一輪選舉與傳輸。PEGASIS的基本原理：PEGAGIS假定組成網(wǎng)絡(luò)的傳感器節(jié)點(diǎn)是同構(gòu)和靜止的。節(jié)點(diǎn)發(fā)送能量遞減

25、的測(cè)試信號(hào)，通過檢測(cè)應(yīng)答來確定離自己最近的相鄰節(jié)點(diǎn)。通過這種方式，網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)能夠了解彼此的位置關(guān)系，進(jìn)而每個(gè)節(jié)點(diǎn)依據(jù)自己的位置選擇所屬的聚類，聚類的簇頭參照位置關(guān)系優(yōu)化計(jì)算出到sink節(jié)點(diǎn)的最佳鏈路。右圖為PEGAGIS中的聚類由于節(jié)點(diǎn)了解彼此的位置信息，因而可以形成到簇頭節(jié)點(diǎn)的最佳鏈路。圖中，節(jié)點(diǎn)N1到N5都采集到相關(guān)的數(shù)據(jù)需要發(fā)送給簇頭節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)N1可以將數(shù)據(jù)發(fā)送給N2，N2收到后將其與本身采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合操作，然后發(fā)送給N5，同樣的N3將數(shù)據(jù)發(fā)送給N4，N4融合后將數(shù)據(jù)發(fā)送給N5，N5收到N2和N4的數(shù)據(jù)后，和自己的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，然后發(fā)送給簇頭，簇頭然后將數(shù)據(jù)發(fā)送給Sink節(jié)

26、點(diǎn)。PEGASIS的優(yōu)點(diǎn)：不需要周期性地動(dòng)態(tài)選擇簇頭節(jié)點(diǎn)，采用最佳鏈路進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，并且采用數(shù)據(jù)融合技術(shù)減少了數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，因此，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的功耗比LEACH要小很多。研究結(jié)果表明，PEGASIS支持的傳感器網(wǎng)絡(luò)的生命周期是LEACH的近兩倍。PEGASIS的不足：1.節(jié)點(diǎn)維護(hù)位置信息（相當(dāng)于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中的拓?fù)湫畔ⅲ┬枰~外的資源；2.固定不變的簇頭使得簇頭成為關(guān)鍵點(diǎn)，其失效會(huì)導(dǎo)致路由失?。?.且要求節(jié)點(diǎn)都具有與sink點(diǎn)通信的能力；4.如果鏈過長(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；5.成鏈算法要求節(jié)點(diǎn)知道其他節(jié)點(diǎn)位置，開銷非常大。TEEN（threshold sensitive energy efficient sensor network protocol）協(xié)議：TEEN協(xié)議是一個(gè)層次路由協(xié)議，利用過濾方式來減少數(shù)據(jù)傳輸量TEEN協(xié)