第4章WSN通信與組網技術---03

1、第第4 4章章 4.8 路由協(xié)議路由協(xié)議 4.84.8.1 .1 路由協(xié)議概述路由協(xié)議概述1 1. .路由協(xié)議路由協(xié)議考慮因素考慮因素 設計無線傳感器網絡的路由要考慮的因素很多，大致分為以下兩設計無線傳感器網絡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)網絡特征：無線傳感器網絡具有與眾不同的特征，應用網絡特征：無線傳感器網絡具有與眾不同的特征，應用于路由協(xié)議設計時，主要應該考慮能量損耗、節(jié)點部署和網絡拓于路由協(xié)議設計時，主要應該考慮能量損耗、節(jié)點部署和網絡拓撲變化。撲變化。(2)(2)數(shù)據(jù)傳輸特征：無線傳感器網絡的數(shù)據(jù)采集和傳輸要求數(shù)據(jù)傳輸特征：無線傳感器網絡的數(shù)據(jù)采集

2、和傳輸要求與其他網絡不同，因此路由協(xié)議設計時也需要加以區(qū)別，主要考與其他網絡不同，因此路由協(xié)議設計時也需要加以區(qū)別，主要考慮數(shù)據(jù)傳輸方式、無線傳輸手段以及數(shù)據(jù)融合技術等。慮數(shù)據(jù)傳輸方式、無線傳輸手段以及數(shù)據(jù)融合技術等。2 2. .路由的過程路由的過程無線傳感器網絡的路由過程主要分為以下無線傳感器網絡的路由過程主要分為以下4 4個步驟：個步驟： 某一個設備發(fā)出路由請求命令幀，啟動路由發(fā)現(xiàn)過程；某一個設備發(fā)出路由請求命令幀，啟動路由發(fā)現(xiàn)過程； 對應的接收設備收到該命令后，回復應答命令幀；對應的接收設備收到該命令后，回復應答命令幀； 對潛在的各條路徑開銷對潛在的各條路徑開銷( (跳轉次數(shù)、延遲時間跳

3、轉次數(shù)、延遲時間) )，進行評估比，進行評估比較；較； 將評估確定之后的最佳路由記錄添加到此路徑上各個設備的將評估確定之后的最佳路由記錄添加到此路徑上各個設備的路由表中。路由表中。3 3.WSN.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)點獲取路徑的方法按源節(jié)點獲取路徑的方法(1)(1)主動路由協(xié)議主動路由協(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)點參與通信的方式按節(jié)點參與通信的方式(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)過程按路由的

4、發(fā)現(xiàn)過程 (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質量按路由選擇是否考慮服務質量(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，考慮時延、丟包率的路由協(xié)議是指在路由建立時，考慮時延、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應用要求的應用要求的路由；或者根據(jù)業(yè)務類型，保證滿足不同業(yè)務需求的路由；或者根據(jù)業(yè)務類型，保證滿足不同業(yè)務需求的QoSQoS路由協(xié)路由協(xié)議。議。4.84.8.2 .

5、2 平面路由協(xié)議平面路由協(xié)議1 1. . Flooding and Grossing 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)點以廣播的彤式轉發(fā)報文給所有的鄰居節(jié)點。接收到消息的節(jié)點以廣播的彤式轉發(fā)報文給所有的鄰居節(jié)點。洪泛法的優(yōu)點和缺點都十分突出，其優(yōu)點是實現(xiàn)簡單，適用洪泛法的優(yōu)點和缺點都十分突出，其優(yōu)點是實現(xiàn)簡單，適用于健壯性要求高的場合；其缺點是存在信息爆炸問題于健壯性要求高的場合；其缺

6、點是存在信息爆炸問題( (如圖如圖7-17-1所所示示) )、出現(xiàn)部分數(shù)據(jù)交迭的現(xiàn)象、出現(xiàn)部分數(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)是洪泛法的改進版本。是洪泛法的改進版本。 在某一個節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)時，不再像洪泛法那樣給它的每個鄰居節(jié)在某一個節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)時，不再像洪泛法那樣給它的每個鄰居節(jié)點都發(fā)送數(shù)據(jù)副本，而是隨機選擇某個鄰居節(jié)點，向它發(fā)送一份點都發(fā)送數(shù)據(jù)副本，而是隨機選擇某個鄰居節(jié)點，向它發(fā)送一份數(shù)據(jù)副本。接收到數(shù)據(jù)的節(jié)點采用相同的方法，隨機選擇下一個數(shù)據(jù)副本。接收到數(shù)

7、據(jù)的節(jié)點采用相同的方法，隨機選擇下一個接收節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)，如圖接收節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)，如圖7-37-3所示。所示。2 2. . SPIN SPIN協(xié)議協(xié)議基于協(xié)商機制的傳感器網絡基于協(xié)商機制的傳感器網絡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)為中心的白適應通信方式，使用據(jù)為中心的白適應通信方式，使用3 3種類型的信息進行通信，種類型的信息進行通信，即即ADVADV、REQREQ和和DATADATA信

8、息。信息。圖圖7-47-4表示了表示了SPINSPIN協(xié)議的工作過程。在發(fā)送一個協(xié)議的工作過程。在發(fā)送一個TATATATA數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)包之前，一個傳感器節(jié)點首先對外廣播之前，一個傳感器節(jié)點首先對外廣播ADVADV數(shù)據(jù)包；如果某個鄰居數(shù)據(jù)包；如果某個鄰居節(jié)點在收到節(jié)點在收到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)點發(fā)數(shù)據(jù)包，那么它向該節(jié)點發(fā)送一個送一個REQREQ數(shù)據(jù)包，然后節(jié)點向該鄰居節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)包，然后節(jié)點向該鄰居節(jié)點發(fā)送DATADATA數(shù)據(jù)包。類數(shù)據(jù)包。類似地進行下去，似地進行下去， DATADATA數(shù)據(jù)包可被傳輸?shù)竭h方匯聚節(jié)點或基站。數(shù)據(jù)包可被傳輸?shù)竭h方

9、匯聚節(jié)點或基站。SPINSPIN協(xié)議的缺點是沒有考慮節(jié)能和多種信道條件下的數(shù)據(jù)傳協(xié)議的缺點是沒有考慮節(jié)能和多種信道條件下的數(shù)據(jù)傳輸問題。因此，后續(xù)又出現(xiàn)了輸問題。因此，后續(xù)又出現(xiàn)了SPIN-PP (Point to PointSPIN-PP (Point to Point，點到，點到點的通信模式點的通信模式) )、SPIN-EC (Energy ControlSPIN-EC (Energy Control，點到點模式下的節(jié)，點到點模式下的節(jié)能路由能路由) )、SPIN-RL (Route LossySPIN-RL (Route Lossy，點到點通信中的信道衰減模，點到點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基基礎上改進的路由協(xié)議。礎上改進的路由協(xié)議。3 3. . SAR 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)是是第一個具有第一個具有QoSQoS意識的路由協(xié)議。該協(xié)議通過構建以意識的路由協(xié)議。該協(xié)議通過構建以SinkSink的單跳

11、的單跳鄰居節(jié)點為根節(jié)點的多播樹來實現(xiàn)傳感器節(jié)點到鄰居節(jié)點為根節(jié)點的多播樹來實現(xiàn)傳感器節(jié)點到SinkSink節(jié)點的多跳節(jié)點的多跳路徑。該協(xié)議的特點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。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。SARSAR的能的能量消耗較少，但不適用于大型的和拓撲頻繁變化的網絡。量消耗較少，但不適用于大型的和拓撲頻繁變化的網絡。 2 2）DDDD協(xié)議協(xié)議定向擴散路由定向擴散路由DDDD協(xié)議協(xié)議(Directed Diffusion)(Directed Diffusion)

12、是一種以數(shù)據(jù)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現(xiàn)機中心的信息傳播協(xié)議，與已有的路由算法有著截然不同的實現(xiàn)機制。運行制。運行DDDD協(xié)議的傳感器節(jié)點使用基于屬性的命名機制來描述數(shù)協(xié)議的傳感器節(jié)點使用基于屬性的命名機制來描述數(shù)據(jù)，并通過向所有節(jié)點發(fā)送對某個命名數(shù)據(jù)的據(jù)，并通過向所有節(jié)點發(fā)送對某個命名數(shù)據(jù)的Interest(Interest(任務描任務描述符述符) )來完成數(shù)據(jù)收集。來完成數(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

13、 For warding Algorithm for Large Sensor Networks)Algorithm for Large Sensor Networks)充分利用了傳感器網絡充分利用了傳感器網絡中的數(shù)據(jù)傳輸不對稱的特點，即大多的數(shù)據(jù)流都是從傳感器節(jié)點中的數(shù)據(jù)傳輸不對稱的特點，即大多的數(shù)據(jù)流都是從傳感器節(jié)點向向SinkSink節(jié)點的方向傳輸。節(jié)點的方向傳輸。該算法根據(jù)能量和路徑情況來靈活地測出節(jié)點的開銷情況，該算法根據(jù)能量和路徑情況來靈活地測出節(jié)點的開銷情況，但是它存在著如下一些問題：首先它不得不考慮延遲、信道錯誤但是它存在著如下一些問題：首先它不得不考慮延遲、信道錯誤和節(jié)點失敗

14、等問題，這就增大了算法的復雜度；其次，和節(jié)點失敗等問題，這就增大了算法的復雜度；其次，SinkSink節(jié)點節(jié)點的數(shù)目不能太多，否則節(jié)點要存儲大量到的數(shù)目不能太多，否則節(jié)點要存儲大量到SinkSink節(jié)點的開銷信息，節(jié)點的開銷信息，會增大存儲負擔；再次，開銷域的建立時間取決于網絡的大小，會增大存儲負擔；再次，開銷域的建立時間取決于網絡的大小，如果網絡太大的話，建立整個開銷域的時間會讓人無法忍受；最如果網絡太大的話，建立整個開銷域的時間會讓人無法忍受；最后，網絡負載不是很平衡，那些距離后，網絡負載不是很平衡，那些距離SinkSink節(jié)點較近的開銷較小的節(jié)點較近的開銷較小的節(jié)點容易很快耗盡能量。節(jié)點

15、容易很快耗盡能量。4.84.8.3 .3 層次路由協(xié)議層次路由協(xié)議1 1. . LEACH LEACH 低功耗自適應聚類分級低功耗自適應聚類分級LEACHLEACH協(xié)議協(xié)議(LOW Energy Adaptive (LOW Energy Adaptive Clustering Hierarchy)Clustering Hierarchy)是無線傳感器網絡中最早提出的分層路是無線傳感器網絡中最早提出的分層路由算法。由算法。LEACHLEACH可以將網絡整體生存時間延長可以將網絡整體生存時間延長1515，其基本思想，其基本思想是通過隨機循環(huán)地選擇簇頭節(jié)點將整個網絡的能量負載平均分配是通過隨機循環(huán)地

16、選擇簇頭節(jié)點將整個網絡的能量負載平均分配到每個傳感器節(jié)點中，從而降低網絡能源消耗，提高網絡整體生到每個傳感器節(jié)點中，從而降低網絡能源消耗，提高網絡整體生存時間。存時間。 2 2. . PEGASIS 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路由算法。提出的一種改進

17、路由算法。PEGASISPEGASIS路由協(xié)議在網絡中選擇一個路由協(xié)議在網絡中選擇一個節(jié)點作為起始節(jié)點建立一條最優(yōu)回路鏈，起始節(jié)點將數(shù)據(jù)融合后節(jié)點作為起始節(jié)點建立一條最優(yōu)回路鏈，起始節(jié)點將數(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。由于起始節(jié)點的負載較重，節(jié)點。由于起始節(jié)點的負載較重，PEGASISPEGASIS采用了全網節(jié)點輪流作為回路鏈起始節(jié)點的方式來進行采用了全網節(jié)點輪流作為回路鏈起始節(jié)點的方式來進行均衡。均衡。 PEGASISPEGASIS的模型假設如下：的模型假設如下： 節(jié)點都知道其他節(jié)點的位置信息，每個節(jié)點都具有直接和基節(jié)點都知道其他節(jié)點的位置信息，每個節(jié)點都具

18、有直接和基站通信的能力：站通信的能力： 傳感器節(jié)點不具有移動性；傳感器節(jié)點不具有移動性； 其他模型假設和其他模型假設和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)來形成鏈，來形成鏈，如圖如圖7-57-5所示。在每一輪通信之前才形成鏈。為確保每個節(jié)點都所示。在每一輪通信之前才形成鏈。為確保每個節(jié)點都有其相鄰節(jié)點，從離基站最遠的節(jié)點開始構建，鏈中鄰居節(jié)點的有其相鄰節(jié)點，從離基站最遠的節(jié)點開始構建，鏈中鄰居節(jié)點的距離會逐漸增大，因為已經在鏈中的節(jié)點不能被再次訪，當其中距離會逐漸增大

19、，因為已經在鏈中的節(jié)點不能被再次訪，當其中一個節(jié)點失效時，鏈必須重構。一個節(jié)點失效時，鏈必須重構。3 3. . TEEN TEEN閾值敏感的高效傳感器網絡閾值敏感的高效傳感器網絡TEENTEEN協(xié)議協(xié)議(Threshold Sensitive (Threshold Sensitive Energy Efficient Sensor Network)Energy Efficient Sensor Network)，是一個基于簇群的路由協(xié)議，是一個基于簇群的路由協(xié)議，也是由也是由LEACHLEACH發(fā)展而來，在這個協(xié)議中定義了硬門限和軟門限兩個概發(fā)展而來，在這個協(xié)議中定義了硬門限和軟門限兩個概念。

20、念。 由于報告時間以外的時間，節(jié)點都會關閉發(fā)射機，因此節(jié)約了由于報告時間以外的時間，節(jié)點都會關閉發(fā)射機，因此節(jié)約了能量。能量。TEENTEEN的模型中假設條件為：的模型中假設條件為：網絡由一個基站和一個由傳感器節(jié)點構成的網絡組成，并且網絡由一個基站和一個由傳感器節(jié)點構成的網絡組成，并且傳感器節(jié)點都擁有相同的初始能量值；傳感器節(jié)點都擁有相同的初始能量值； 基站擁有持續(xù)的能量補充，可以方便的向節(jié)點傳送指令和數(shù)基站擁有持續(xù)的能量補充，可以方便的向節(jié)點傳送指令和數(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候，群的策略形成簇群，在每次簇群重組的時候，群頭節(jié)點

21、除了廣播數(shù)據(jù)屬性以外，還要廣播硬門限和軟門限。其工作頭節(jié)點除了廣播數(shù)據(jù)屬性以外，還要廣播硬門限和軟門限。其工作過程為：節(jié)點連續(xù)地感應周圍的情況過程為：節(jié)點連續(xù)地感應周圍的情況( (此時發(fā)射機處于關閉或者休眠此時發(fā)射機處于關閉或者休眠狀態(tài)狀態(tài)) )，當節(jié)點收集到的數(shù)據(jù)首次大于硬門限值時，節(jié)點就打開發(fā)射，當節(jié)點收集到的數(shù)據(jù)首次大于硬門限值時，節(jié)點就打開發(fā)射機向群頭節(jié)點報告信息。感應到的數(shù)據(jù)保存在節(jié)點內部的一個狀態(tài)機向群頭節(jié)點報告信息。感應到的數(shù)據(jù)保存在節(jié)點內部的一個狀態(tài)變量變量(State Viable(State Viable，SV)SV)。當最新感應到的數(shù)據(jù)值大于硬門限并且。當最新感應到的數(shù)據(jù)

22、值大于硬門限并且這個值和這個值和SVSV的差值大于或等于軟門限時，節(jié)點才進行數(shù)據(jù)發(fā)送。的差值大于或等于軟門限時，節(jié)點才進行數(shù)據(jù)發(fā)送。這個算法適用于實時性要求較高的應用場合，用戶可以及時獲取感這個算法適用于實時性要求較高的應用場合，用戶可以及時獲取感興趣的信息。由于感應數(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)點一直處于感應狀態(tài)，但是由于減少了很多不必要的數(shù)據(jù)傳輸，因然節(jié)點一直處于感應狀態(tài)，但是由于減少了很多不必要的數(shù)據(jù)傳輸，因此相對來說還是節(jié)能的。該協(xié)議也有一些不足之處：此相對來說還是節(jié)能的。該協(xié)議也有一些不足之處： 門限值達不

23、到，節(jié)點就永遠不會和簇頭節(jié)點通信，用戶就無法從門限值達不到，節(jié)點就永遠不會和簇頭節(jié)點通信，用戶就無法從網絡得到任何數(shù)據(jù)，即使節(jié)點已經死亡，用戶也不知情；網絡得到任何數(shù)據(jù)，即使節(jié)點已經死亡，用戶也不知情； TDMATDMA機制的運用保證了群中不會出現(xiàn)數(shù)據(jù)沖撞的情況，但是如果機制的運用保證了群中不會出現(xiàn)數(shù)據(jù)沖撞的情況，但是如果一個節(jié)點沒有數(shù)據(jù)要發(fā)送的話，屬于它的時隙就浪費掉了，而其他節(jié)點一個節(jié)點沒有數(shù)據(jù)要發(fā)送的話，屬于它的時隙就浪費掉了，而其他節(jié)點卻還在等待自己的時隙，這樣會向系統(tǒng)中引入過多的時延，不適于實時卻還在等待自己的時隙，這樣會向系統(tǒng)中引入過多的時延，不適于實時性要求太高的場合；性要求太高

24、的場合； 沒有相應的機制去區(qū)分那些沒有感應到足夠大變化的節(jié)點和處于沒有相應的機制去區(qū)分那些沒有感應到足夠大變化的節(jié)點和處于關閉狀態(tài)的節(jié)點。群頭節(jié)點的接收機要時刻處于激活狀態(tài)，以便接收任關閉狀態(tài)的節(jié)點。群頭節(jié)點的接收機要時刻處于激活狀態(tài)，以便接收任何時候由成員節(jié)點傳來的數(shù)據(jù)，在某種程度上增加了簇頭節(jié)點的負擔。何時候由成員節(jié)點傳來的數(shù)據(jù)，在某種程度上增加了簇頭節(jié)點的負擔。4 4. . APTEEN APTEEN、TTDDTTDD和和EARSNEARSN協(xié)議協(xié)議 1 1）APTEENAPTEENAPTEEN (Adaptive Periodic FEEN)APTEEN (Adaptive Perio

25、dic FEEN)協(xié)議是對協(xié)議是對TEENTEEN的擴展，的擴展，它是一種結合響應型和主動型傳感器網絡策略的混合型網絡路由它是一種結合響應型和主動型傳感器網絡策略的混合型網絡路由協(xié)議，可以根據(jù)用戶需要和應用類型來設定協(xié)議的周期性和相關協(xié)議，可以根據(jù)用戶需要和應用類型來設定協(xié)議的周期性和相關閥值，即可以周期性采集數(shù)據(jù)又可以對突發(fā)事件作出快速反應。閥值，即可以周期性采集數(shù)據(jù)又可以對突發(fā)事件作出快速反應。APTEENAPTEEN在在TEENTEEN的基礎上定義了一個計數(shù)時間，當節(jié)點從上一次發(fā)的基礎上定義了一個計數(shù)時間，當節(jié)點從上一次發(fā)送數(shù)據(jù)開始經歷這個計數(shù)時間還沒有發(fā)送數(shù)據(jù)，那么不管當前的送數(shù)據(jù)開始

26、經歷這個計數(shù)時間還沒有發(fā)送數(shù)據(jù)，那么不管當前的數(shù)據(jù)是否滿足軟、硬門限的要求都會發(fā)送這個數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)是否滿足軟、硬門限的要求都會發(fā)送這個數(shù)據(jù)。APTEENAPTEEN可以可以通過改變計數(shù)時間來控制能量消耗。通過改變計數(shù)時間來控制能量消耗。 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)議假設節(jié)點靜態(tài)，且各節(jié)點的位置信息已知。網絡中可以存在多個假設節(jié)點靜態(tài)，且各節(jié)點的位置信息已知。網絡中可以存在多個SinkSink節(jié)點，節(jié)點，SinkSink節(jié)點可以在網絡

27、中任意移動。網絡中的節(jié)點以虛節(jié)點可以在網絡中任意移動。網絡中的節(jié)點以虛擬柵格的形式劃分為若干區(qū)域，當監(jiān)測區(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，當監(jiān)測區(qū)域發(fā)生事件，附近的多個節(jié)點將選擇一個節(jié)點觸發(fā)數(shù)據(jù)上報消息。發(fā)送數(shù)據(jù)上報消息的個節(jié)點將選擇一個節(jié)點觸發(fā)數(shù)據(jù)上報消息。發(fā)送數(shù)據(jù)上報消息的簇頭節(jié)點將上報報文發(fā)送給柵格外的其他簇頭節(jié)點將上報報文發(fā)送給柵格外的其他4 4個柵格的鄰接節(jié)點，個柵格的鄰接節(jié)點，由鄰接節(jié)點轉發(fā)給該柵格的另外由鄰接節(jié)點轉發(fā)給該柵格的另外3 3個鄰接節(jié)點，最后將上報的數(shù)個鄰接節(jié)點，最后將上報的數(shù)據(jù)報文發(fā)送到每一個柵格。這樣無論據(jù)報文發(fā)送到每一個柵格。這樣無論SinkSin

28、k節(jié)點移動到網絡中的任節(jié)點移動到網絡中的任何地方，都能夠從距離最近的節(jié)點上收到上報的數(shù)據(jù)報文。何地方，都能夠從距離最近的節(jié)點上收到上報的數(shù)據(jù)報文。 3 3）EARSNEARSN 簇頭固定的分簇結構路由協(xié)議簇頭固定的分簇結構路由協(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構的路由協(xié)議。該協(xié)議要求網絡運行前由終端用戶將傳感器節(jié)結構的路由協(xié)議。該協(xié)議要求網絡運行前由終端

29、用戶將傳感器節(jié)點劃分成簇，并通知每個簇頭節(jié)點的點劃分成簇，并通知每個簇頭節(jié)點的IDID標識和簇內所分配節(jié)點的標識和簇內所分配節(jié)點的位置信息。傳感器節(jié)點可以以活動方式和備用的低能源方式兩種位置信息。傳感器節(jié)點可以以活動方式和備用的低能源方式兩種方式運行，并可以感知、轉發(fā)、感知并轉發(fā)和休眠方式運行，并可以感知、轉發(fā)、感知并轉發(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。它作為網絡的中心管理者，可以監(jiān)控節(jié)點的能量變化，決定并維它作為網絡的中心管理者，可以監(jiān)控節(jié)點的能量變化，決定并維護傳感器的護傳感

30、器的4 4種狀態(tài)。算法依據(jù)兩個節(jié)點間的能量消耗、延遲最種狀態(tài)。算法依據(jù)兩個節(jié)點間的能量消耗、延遲最優(yōu)化等性能指標計算路徑代價函數(shù)。簇頭節(jié)點利用代價函數(shù)作為優(yōu)化等性能指標計算路徑代價函數(shù)。簇頭節(jié)點利用代價函數(shù)作為鏈路成本，選擇最小成本的路徑作為節(jié)點與其通信的最優(yōu)路徑。鏈路成本，選擇最小成本的路徑作為節(jié)點與其通信的最優(yōu)路徑。經仿真分析，該協(xié)議在運行過程中具有很好的節(jié)能性、較高的吞經仿真分析，該協(xié)議在運行過程中具有很好的節(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)議之間的簡單對比，主要從移動

31、性、能量需求、路為各種協(xié)議之間的簡單對比，主要從移動性、能量需求、路徑長度、擴展性、路由狀態(tài)復雜度、計算和通信所需開銷、數(shù)據(jù)徑長度、擴展性、路由狀態(tài)復雜度、計算和通信所需開銷、數(shù)據(jù)融合技術等多方面進行了分析比較。融合技術等多方面進行了分析比較?？傮w來看，由于網絡結構的不同，平面路由和層次路由體現(xiàn)總體來看，由于網絡結構的不同，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。 移動性移動性 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 4.84.8.4 .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）通信相關的能量消耗通信相關的能量消耗 2 2

32、）計算相關的能量消耗計算相關的能量消耗 2 2. .能量路由能量路由能量路由是最早提出的傳感器網絡路由機制之一，根據(jù)節(jié)點能量路由是最早提出的傳感器網絡路由機制之一，根據(jù)節(jié)點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)的轉發(fā)路徑。節(jié)點可用能量就是節(jié)點當前的剩余能求，選擇數(shù)據(jù)的轉發(fā)路徑。節(jié)點可用能量就是節(jié)點當前的剩余能量。在如圖量。在如圖7-67-6所示的網絡中，源節(jié)點是一般功能的傳感器節(jié)點，所示的網絡中，源節(jié)點是一般功能的傳感器節(jié)點，完成數(shù)據(jù)采集工作。完成數(shù)據(jù)采集工作。匯聚節(jié)點是數(shù)據(jù)

33、發(fā)送的目標節(jié)點。大寫字母表示節(jié)點，如節(jié)點匯聚節(jié)點是數(shù)據(jù)發(fā)送的目標節(jié)點。大寫字母表示節(jié)點，如節(jié)點A A，節(jié)點右側括號內的數(shù)字表示節(jié)點的可用能量。圖中的雙向線表示節(jié)點之節(jié)點右側括號內的數(shù)字表示節(jié)點的可用能量。圖中的雙向線表示節(jié)點之間的通信鏈路，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)點到匯聚節(jié)點的可能路徑有圖中，從源節(jié)點到匯聚節(jié)點的可能路徑有4 4條。條。 路徑路徑1 1：源節(jié)點：源節(jié)點BABA匯聚節(jié)點，路徑上所有節(jié)點匯聚節(jié)點，路徑上所有節(jié)點PAPA之和為之和為4 4，在該，在該路徑上發(fā)送分組需要的能量之和為路徑上發(fā)

34、送分組需要的能量之和為3 3； 路徑路徑2 2：源節(jié)點：源節(jié)點CBACBA匯聚節(jié)點，路徑上所有節(jié)點匯聚節(jié)點，路徑上所有節(jié)點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：源節(jié)點DD匯聚節(jié)點，路徑上所有節(jié)點匯聚節(jié)點，路徑上所有節(jié)點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：源節(jié)點FEFE匯聚節(jié)點，路徑上所有節(jié)點匯聚節(jié)點，路徑上所有節(jié)點PAPA之和為之和為5 5，在該，在該路徑上發(fā)送分組需要的能量之和為路徑上發(fā)送分組需要的能量之和為

35、6 6。 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)點路由。節(jié)點路由。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)點廣播路徑建立消息，啟動路徑建立過程。廣播消息中目的節(jié)點廣播路徑建立消息，啟動路徑建立過程。廣播消息中包含一個代價域，表示發(fā)出該消息的節(jié)點到目的節(jié)點路徑上的能量信包含一個代價域，表示發(fā)出該消息的節(jié)點到目的節(jié)點路徑上的能量信息，設初

36、始值為零。息，設初始值為零。(2)(2)判斷是否轉發(fā)路徑建立消息判斷是否轉發(fā)路徑建立消息當某一個節(jié)點接收到鄰居節(jié)點發(fā)送的路徑建立消息時，與發(fā)送當某一個節(jié)點接收到鄰居節(jié)點發(fā)送的路徑建立消息時，與發(fā)送該消息的節(jié)點進行比較，如果自己距離源節(jié)點更近，并且距離目的節(jié)該消息的節(jié)點進行比較，如果自己距離源節(jié)點更近，并且距離目的節(jié)點更遠的情況下，才轉發(fā)該路徑建立消息，否則丟棄該消息。點更遠的情況下，才轉發(fā)該路徑建立消息，否則丟棄該消息。(3)(3)計算能量代價計算能量代價如果節(jié)點決定轉發(fā)路徑建立消息，需要計算新的代價值來替代如果節(jié)點決定轉發(fā)路徑建立消息，需要計算新的代價值來替代原來的代價值。原來的代價值。 (

37、4)(4)節(jié)點加入路徑條件節(jié)點加入路徑條件代價太大的路徑對網絡生存時間沒有益處，因此并非每個路代價太大的路徑對網絡生存時間沒有益處，因此并非每個路徑都是可用的，節(jié)點需要丟棄代價太大的路徑。徑都是可用的，節(jié)點需要丟棄代價太大的路徑。 (5)(5)節(jié)點選擇概率計算節(jié)點選擇概率計算為了均衡網絡中節(jié)點的能量消耗，節(jié)點選擇概率需與能量消為了均衡網絡中節(jié)點的能量消耗，節(jié)點選擇概率需與能量消耗成反比。耗成反比。 (6)(6)代價平均值計算代價平均值計算節(jié)點根據(jù)路由表中的能量代價和下一跳節(jié)點選擇概率計算本節(jié)點根據(jù)路由表中的能量代價和下一跳節(jié)點選擇概率計算本身到目的節(jié)點的代價。身到目的節(jié)點的代價。4.84.8.

38、5.5基于查詢的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)點采集的數(shù)據(jù)的應用中，通信流量主要產生于查詢節(jié)點和傳感器節(jié)點之間的據(jù)的應用中，通信流量主要產生于查詢節(jié)點和傳感器節(jié)點之間的命令和數(shù)據(jù)傳輸，同時傳感器節(jié)點的采樣信息在傳輸路徑上通常命令和數(shù)據(jù)傳輸，同時傳感器節(jié)點的采樣信息在傳輸路徑上通常要進行數(shù)據(jù)融合，通過減少通信流量來節(jié)省能量。要進行數(shù)據(jù)融合，通過減少通信流量來節(jié)省能量。1 1. .定向擴散路由定向擴散路由定向擴散定向擴散(Directed Diffusion(Directed Diffusion，DD)DD)是一種基

39、于查詢的路由是一種基于查詢的路由機制，是專門為無線傳感器網絡設計的。機制，是專門為無線傳感器網絡設計的。 定向擴散路由機制包括周期性的興趣擴散、梯度建立、數(shù)據(jù)定向擴散路由機制包括周期性的興趣擴散、梯度建立、數(shù)據(jù)傳播、路徑加強等階段傳播、路徑加強等階段 。1 1）興趣擴散階段興趣擴散階段在興趣擴散階段，匯聚節(jié)點周期性在興趣擴散階段，匯聚節(jié)點周期性地向鄰居節(jié)點廣播興趣消息。興趣消息地向鄰居節(jié)點廣播興趣消息。興趣消息中含有任務類型、事件區(qū)域、數(shù)據(jù)發(fā)送中含有任務類型、事件區(qū)域、數(shù)據(jù)發(fā)送速率、時間戳等參數(shù)。每個節(jié)點在本地速率、時間戳等參數(shù)。每個節(jié)點在本地保存一個興趣列表，對于每一個興趣，保存一個興趣列表

40、，對于每一個興趣，列表中都有一個表項來記錄該消息的鄰列表中都有一個表項來記錄該消息的鄰居節(jié)點、數(shù)據(jù)發(fā)送速率和時間戳等任務居節(jié)點、數(shù)據(jù)發(fā)送速率和時間戳等任務相關信息，以建立該節(jié)點向匯聚節(jié)點傳相關信息，以建立該節(jié)點向匯聚節(jié)點傳遞數(shù)據(jù)的梯度關系。遞數(shù)據(jù)的梯度關系。 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)點和協(xié)議需要在傳感器節(jié)點和SinkSink節(jié)點之間建立梯度，以保證節(jié)點之間建立梯度，以保證可靠的傳輸數(shù)據(jù)。網絡中的節(jié)點從鄰居節(jié)點接收到一個興趣消息可靠的傳輸數(shù)據(jù)。網絡中的節(jié)點從鄰居節(jié)點接收到一個興趣消息時，無法判斷此消息是否是己處理過的，或者是否和另一個方向時，無法判斷此消息是否

41、是己處理過的，或者是否和另一個方向的鄰居節(jié)點所發(fā)來的興趣消息相同，所以當興趣消息在整個網絡的鄰居節(jié)點所發(fā)來的興趣消息相同，所以當興趣消息在整個網絡擴散的時候，相鄰的節(jié)點彼此都建立一個梯度。這樣的優(yōu)點是加擴散的時候，相鄰的節(jié)點彼此都建立一個梯度。這樣的優(yōu)點是加快了無效路徑的修復，有利于路徑的加強，從而不會產生持久的快了無效路徑的修復，有利于路徑的加強，從而不會產生持久的環(huán)路，但同時也導致了一個節(jié)點可能會收到多個相同的興趣消息，環(huán)路，但同時也導致了一個節(jié)點可能會收到多個相同的興趣消息，造成消息在網絡中的泛濫。造成消息在網絡中的泛濫。3 3）數(shù)據(jù)傳播階段數(shù)據(jù)傳播階段 當傳感器節(jié)點采集到與興趣匹配的數(shù)

42、據(jù)時，把數(shù)據(jù)發(fā)送到梯當傳感器節(jié)點采集到與興趣匹配的數(shù)據(jù)時，把數(shù)據(jù)發(fā)送到梯度上的鄰居節(jié)點，并按照梯度上的數(shù)據(jù)傳輸速率設定傳感器模塊度上的鄰居節(jié)點，并按照梯度上的數(shù)據(jù)傳輸速率設定傳感器模塊采集數(shù)據(jù)的速率。由于可能從多個鄰居節(jié)點收到興趣消息，節(jié)點采集數(shù)據(jù)的速率。由于可能從多個鄰居節(jié)點收到興趣消息，節(jié)點向多個鄰居節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)，匯聚節(jié)點可能收到經過多個路徑的相向多個鄰居節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)，匯聚節(jié)點可能收到經過多個路徑的相同數(shù)據(jù)。中間節(jié)點收到其他節(jié)點轉發(fā)的數(shù)據(jù)后，首先查詢興趣列同數(shù)據(jù)。中間節(jié)點收到其他節(jié)點轉發(fā)的數(shù)據(jù)后，首先查詢興趣列表的表項。如果沒有匹配的興趣表項就丟棄數(shù)據(jù)；如果存在相應表的表項。如果沒有匹配的

43、興趣表項就丟棄數(shù)據(jù)；如果存在相應的興趣表項，則檢查與這個興趣對應的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的興趣表項，則檢查與這個興趣對應的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)( (數(shù)據(jù)緩沖區(qū)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)保存了最近轉發(fā)的數(shù)據(jù)保存了最近轉發(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，說明已經轉發(fā)過這個數(shù)據(jù)，為避免出現(xiàn)傳輸環(huán)路將丟棄這個數(shù)據(jù)，否則，經轉發(fā)過這個數(shù)據(jù)，為避免出現(xiàn)傳輸環(huán)路將丟棄這個數(shù)據(jù)，否則，檢查該興趣表項中的鄰居節(jié)點信息。如果設置的鄰居節(jié)點數(shù)據(jù)發(fā)檢查該興趣表項中的鄰居節(jié)點信息。如果設置的鄰居節(jié)點數(shù)據(jù)發(fā)送速率大于等于接收的數(shù)據(jù)速率，則全部轉發(fā)接收的數(shù)據(jù)；如果送速率大于等于接收

44、的數(shù)據(jù)速率，則全部轉發(fā)接收的數(shù)據(jù)；如果記錄的鄰居節(jié)點數(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，則按照比例轉發(fā)。對于轉發(fā)的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)緩沖區(qū)將保留一個副本，并記錄轉轉發(fā)。對于轉發(fā)的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)緩沖區(qū)將保留一個副本，并記錄轉發(fā)時間。發(fā)時間。 4 4）路徑加強階段路徑加強階段定向擴散路由機制通過正向加強機制來建立優(yōu)化路徑，并根定向擴散路由機制通過正向加強機制來建立優(yōu)化路徑，并根據(jù)網絡拓撲的變化修改數(shù)據(jù)轉發(fā)的梯度關系。興趣擴散階段是為據(jù)網絡拓撲的變化修改數(shù)據(jù)轉發(fā)的梯度關系。興趣擴散階段是為了建立源節(jié)點到匯聚節(jié)點的數(shù)據(jù)傳輸路徑，數(shù)據(jù)源節(jié)點以較低的了建立源節(jié)點到匯

45、聚節(jié)點的數(shù)據(jù)傳輸路徑，數(shù)據(jù)源節(jié)點以較低的速率采集和發(fā)送數(shù)據(jù)，稱這個階段建立的梯度為探測梯度速率采集和發(fā)送數(shù)據(jù)，稱這個階段建立的梯度為探測梯度(probe (probe gradient)gradient)。匯聚節(jié)點在收到從源節(jié)點發(fā)來的數(shù)據(jù)后，啟動建立。匯聚節(jié)點在收到從源節(jié)點發(fā)來的數(shù)據(jù)后，啟動建立匯聚節(jié)點到源節(jié)點的加強路徑，后續(xù)數(shù)據(jù)將沿著加強路徑以較高匯聚節(jié)點到源節(jié)點的加強路徑，后續(xù)數(shù)據(jù)將沿著加強路徑以較高的數(shù)據(jù)速率進行傳輸，加強后的梯度稱為數(shù)據(jù)梯度的數(shù)據(jù)速率進行傳輸，加強后的梯度稱為數(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

46、由(Rumor Routing)(Rumor Routing)，其路由的建立是由，其路由的建立是由SinkSink節(jié)點和節(jié)點和源節(jié)點共同發(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，當一個節(jié)點檢測到一個事件，它將條曲線交叉幾率很大的思想，當一個節(jié)點檢測到一個事件，它將事件增加到該節(jié)點自身保存的表單，稱為事件表。然后產生一個事件增加到該節(jié)點自身保存的表單，稱為事件表。然后產生一個被稱為代理被稱為代理(agent)(agent)的生命期較長的數(shù)據(jù)包，代理消息沿著隨機的生命期較長的數(shù)據(jù)包，代理消息沿著隨機路徑向外擴散傳

47、播，同時匯聚節(jié)點發(fā)送的查詢消息也沿隨機路徑路徑向外擴散傳播，同時匯聚節(jié)點發(fā)送的查詢消息也沿隨機路徑在網絡中傳播。當代理消息和查詢消息的傳輸路徑交叉在一起時，在網絡中傳播。當代理消息和查詢消息的傳輸路徑交叉在一起時，就會形成一條匯聚節(jié)點到事件區(qū)域的完整路徑，謠傳路由的原理就會形成一條匯聚節(jié)點到事件區(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，圓點表示傳感器節(jié)點，黑色圈中區(qū)域表示發(fā)生事件的區(qū)域，圓點表示傳感器節(jié)點，黑色圓點表示代理消息經過的傳感器節(jié)點，灰色圓點表示查詢消息經圓點表示代理消息經過的傳感器節(jié)點，灰色圓點表示查詢消息經過的傳感器節(jié)點，連接灰色節(jié)

48、點和部分黑色節(jié)點的路徑表示事件過的傳感器節(jié)點，連接灰色節(jié)點和部分黑色節(jié)點的路徑表示事件區(qū)域到匯聚節(jié)點的數(shù)據(jù)傳輸路徑。區(qū)域到匯聚節(jié)點的數(shù)據(jù)傳輸路徑。謠傳路由協(xié)議的執(zhí)行過程如下：謠傳路由協(xié)議的執(zhí)行過程如下： 每個傳感器節(jié)點維護一個鄰居列表和一個事件列表。每個傳感器節(jié)點維護一個鄰居列表和一個事件列表。 當傳感器節(jié)點在本地檢測到一個事件時，就在事件列表中增當傳感器節(jié)點在本地檢測到一個事件時，就在事件列表中增加一個表項，設置相關的事件名稱、跳數(shù)等，同時根據(jù)一定的概率加一個表項，設置相關的事件名稱、跳數(shù)等，同時根據(jù)一定的概率產生一個代理消息。代理消息是一個包含生命期等事件信息的分組，產生一個代理消息。代理

49、消息是一個包含生命期等事件信息的分組，用來攜帶相關的信息通告給它傳輸經過的每一個傳感器節(jié)點。用來攜帶相關的信息通告給它傳輸經過的每一個傳感器節(jié)點。 網絡的任何節(jié)點都可以對一個特定的事件生成查詢消息。網絡的任何節(jié)點都可以對一個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)點會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)點會沿著查詢消息的反方向將事件信息傳送到查詢節(jié)點。如果查詢節(jié)點沿著查詢消息的反方向將事件信息傳送到查詢節(jié)點。如果查詢節(jié)點在一段時間內沒有收到事件消息，就認為查詢消息并沒有到達事件在一段時間內沒有收到事件消息，就認為查詢消息并沒有到達事件區(qū)域，可以選擇

50、重傳、放棄或洪泛查詢。區(qū)域，可以選擇重傳、放棄或洪泛查詢。4.84.8.6.6地理位置路由地理位置路由1 1. . GEAR GEAR路由路由 1 1）GEARGEAR路由的基本思想路由的基本思想GEARGEAR采用查詢驅動數(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動數(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，傳感器網絡中的數(shù)據(jù)經常包含了位置屬性信息，利用這一信息，把在器網

51、絡中的數(shù)據(jù)經常包含了位置屬性信息，利用這一信息，把在整個網絡中擴散的信息傳送到適當?shù)奈恢脜^(qū)域中。整個網絡中擴散的信息傳送到適當?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路由用實際代價路由用實際代價(1earned cost)(1earned cost)和估計代價和估計代價(estimated (estimated cost)cost)兩種代價值來表示路徑代價。兩種代價值來表示路徑代價。GEARGEAR通過如圖通過如圖7-97-9所示的方式所示的方式來解決通信空洞問題，從而使路由進行下

52、去。來解決通信空洞問題，從而使路由進行下去。 (2) (2) 查詢消息在事件區(qū)域內傳播查詢消息在事件區(qū)域內傳播當查詢命令被轉發(fā)進入事件區(qū)域后，大多數(shù)情況下采用遞歸的、基當查詢命令被轉發(fā)進入事件區(qū)域后，大多數(shù)情況下采用遞歸的、基于地理信息的轉發(fā)方式在事件區(qū)域內發(fā)布查詢命令。如圖于地理信息的轉發(fā)方式在事件區(qū)域內發(fā)布查詢命令。如圖7-107-10所示，假所示，假設大矩形就是事件區(qū)域，當路由查詢命令轉發(fā)到了位于事件區(qū)域內的設大矩形就是事件區(qū)域，當路由查詢命令轉發(fā)到了位于事件區(qū)域內的N Ni i節(jié)點時，節(jié)點時，N Ni i發(fā)現(xiàn)自己就在事件區(qū)域內，于是把事件區(qū)域分成發(fā)現(xiàn)自己就在事件區(qū)域內，于是把事件區(qū)域分

53、成4 4個小矩形區(qū)個小矩形區(qū)域，把查詢命令向這域，把查詢命令向這4 4個子事件區(qū)域進行轉發(fā)，在向子區(qū)域轉發(fā)分組的時個子事件區(qū)域進行轉發(fā)，在向子區(qū)域轉發(fā)分組的時候同樣遵循前面所講的規(guī)則。重復這個區(qū)域劃分和轉發(fā)的過程，一直到候同樣遵循前面所講的規(guī)則。重復這個區(qū)域劃分和轉發(fā)的過程，一直到滿足停止轉發(fā)的時候為止。滿足停止轉發(fā)的時候為止。(3)GEAR(3)GEAR路由的性能路由的性能 GEARGEAR路由定義估計路由代價為節(jié)點到事件區(qū)域的距離和節(jié)路由定義估計路由代價為節(jié)點到事件區(qū)域的距離和節(jié)點剩余能量，并利用捎帶機制獲取實際路由代價，進行數(shù)據(jù)傳輸點剩余能量，并利用捎帶機制獲取實際路由代價，進行數(shù)據(jù)傳輸

54、的路徑優(yōu)化，從而形成能量高效的數(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局部最優(yōu)的算法，適合無線傳感器網絡中節(jié)點的貪婪算法是一個局部最優(yōu)的算法，適合無線傳感器網絡中節(jié)點只知道局部拓撲信息的情況，其缺點是由于缺乏足夠的拓撲信息，只知道局部拓撲信息的情況，其缺點是由于缺乏足夠的拓撲信息，路由過程中可能遇到路由空洞，反而降低了路由效率。如果節(jié)點路由過程中可能遇到路由空洞，反而降低了路由效率。如果節(jié)點擁有相鄰兩跳節(jié)點的地理位置信息，可以大大減少路由空洞的產擁有相鄰兩跳節(jié)點的地理位置信息，可以大大減少路由空洞的產生概率。生概率。GEARGE

55、AR路由中假設節(jié)點的地理位置固定或變化不頻繁，適路由中假設節(jié)點的地理位置固定或變化不頻繁，適用于節(jié)點移動性不強的應用環(huán)境。用于節(jié)點移動性不強的應用環(huán)境。2 2. . GAF GAF路由路由地域自適應保真算法地域自適應保真算法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，它原本是為移動是基于有限能量和位置信息的路由算法，它原本是為移動Ad HocAd Hoc網絡設計的，但同樣可以應用于傳感器網絡，因為它的虛擬網格網絡設計的，但同樣可以應用于傳感器網絡，因為它的虛擬網格思想

56、為分簇機制提供了新思路。思想為分簇機制提供了新思路。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，通過關閉一幽不需要的節(jié)點來節(jié)省能量，同時還考慮了所有下，通過關閉一幽不需要的節(jié)點來節(jié)省能量，同時還考慮了所有節(jié)點能量消耗的均衡性。節(jié)點能量消耗的均衡性。GAFGAF協(xié)議中，網絡被劃分為若干固定區(qū)域，形成一個虛擬網協(xié)議中，網絡被劃分為若干固定區(qū)域，形成一個虛擬網格。節(jié)點通過格。節(jié)點通過GPSGPS定位獲取自己在網格中所處的定位獲取自己在網格中所處的“位置位置”，如果，如果兩個節(jié)點處在相同兩個節(jié)點處在相同“位置位置”，則認為它們在路由時是等價的，則認為它們在路由時是等價的( (分分組

57、轉發(fā)能耗水平相等組轉發(fā)能耗水平相等) )。等價節(jié)點中只需有一個處于工作狀態(tài)，其余節(jié)點可以進入睡等價節(jié)點中只需有一個處于工作狀態(tài)，其余節(jié)點可以進入睡眠，眠，GAFGAF通過這種辦法來節(jié)約能量，如圖通過這種辦法來節(jié)約能量，如圖7-117-11所示，因此，所示，因此，GAFGAF能能夠有效地延長網絡的生命周期。夠有效地延長網絡的生命周期。在圖在圖7-127-12中，節(jié)點中，節(jié)點2 2、3 3、4 4在同一個柵格在同一個柵格B B中，因此只需要保留其中，因此只需要保留其中一個節(jié)點處于工作狀態(tài)，另外兩個可以處于休眠狀態(tài)。而這在中一個節(jié)點處于工作狀態(tài)，另外兩個可以處于休眠狀態(tài)。而這在Ad HocAd Ho

58、c網絡中是絕對不可取的，因為在網絡中是絕對不可取的，因為在Ad HocAd Hoc網絡中，即使是同網絡中，即使是同一個柵格內的多個節(jié)點，也還是代表了不同的移動終端，根本不一個柵格內的多個節(jié)點，也還是代表了不同的移動終端，根本不能相互代替。但在能相互代替。但在WSNWSN中，這就是一個優(yōu)點，相當于用中，這就是一個優(yōu)點，相當于用1 1個節(jié)點代個節(jié)點代表了表了3 3個節(jié)點，類似于層次路由中的簇頭節(jié)點，但這個類似于簇個節(jié)點，類似于層次路由中的簇頭節(jié)點，但這個類似于簇頭的代表節(jié)點卻不進行柵格內的數(shù)據(jù)融合。節(jié)點間的數(shù)據(jù)通信只頭的代表節(jié)點卻不進行柵格內的數(shù)據(jù)融合。節(jié)點間的數(shù)據(jù)通信只能在相鄰柵格間進行，即能在

59、相鄰柵格間進行，即A A柵格內的節(jié)點柵格內的節(jié)點1 1只能與只能與B B柵格內的柵格內的2 2、3 3、4 4代表節(jié)點通信，而不能直接和代表節(jié)點通信，而不能直接和C C柵格內的節(jié)點柵格內的節(jié)點5 5通信。通信。GAFGAF算法的執(zhí)行過程包括兩個階段。算法的執(zhí)行過程包括兩個階段。第一階段是虛擬網格的劃分。根據(jù)節(jié)點的位置信息和通信半第一階段是虛擬網格的劃分。根據(jù)節(jié)點的位置信息和通信半徑，將網絡區(qū)域劃分成若二干虛擬網格，保證相鄰單元格中的任徑，將網絡區(qū)域劃分成若二干虛擬網格，保證相鄰單元格中的任意兩個節(jié)點都能夠直接通信。假設節(jié)點已知整個監(jiān)測區(qū)域的位置意兩個節(jié)點都能夠直接通信。假設節(jié)點已知整個監(jiān)測區(qū)域

60、的位置信息和本身的位置信息，節(jié)點可以通過計算得知自己屬于哪個網信息和本身的位置信息，節(jié)點可以通過計算得知自己屬于哪個網格。格。第二階段是虛擬網格中簇頭節(jié)點的選擇。節(jié)點周期性地進入第二階段是虛擬網格中簇頭節(jié)點的選擇。節(jié)點周期性地進入睡眠和工作狀態(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)點交換信息，以確定自己是否需要成為簇頭節(jié)點。息，以確定自己是否需要成為簇頭節(jié)點。每個節(jié)點處于發(fā)現(xiàn)每個節(jié)點處于發(fā)現(xiàn)(discovery)(discovery)、活動、活動(active)(active)以及睡眠以及睡眠(sleeping)3(sleeping)3種狀態(tài)