WSN經(jīng)典路由協(xié)議比較

何磊　郭曉軍　趙江波

摘 要：本文首先介紹了WSN路由協(xié)議的特殊性、路由協(xié)議的分類等，然后針對WSN的幾個經(jīng)典路由協(xié)議，從協(xié)議的實現(xiàn)過程、協(xié)議特點、優(yōu)缺點、適用領域等方面進行了分析，最后對這些路由協(xié)議的節(jié)能性、可擴展性、魯棒性等方面進行了比較，以期為WSN路由協(xié)議的選用及進一步研究提供參考。

關鍵詞：WSN；路由協(xié)議；分析與比較

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：2095-2163（2014）02-

A Comparison of Classic Routing Protocols in WSN

HE Lei，GUO Xiaojun，ZHAO jiangbo

（Institute of Information Engineering， Tibet University for Nationalities， Xianyang Shaanxi 712082，China）

Abstract：After introducing the particularity and the classifications of WSN routing protocols， this paper analyses the realization process， the characteristics， the pros and cons and the scope of application of several classic routing protocols. Finally this article does some comparison among these routing protocols in aspect of energy saving， expandability and robustness， to provide a reference for selection and further studies.

Key words：WSN；Routing protocols；Analysis and comparison

0 引 言

WSN（Wireless Sensor Network，無線傳感器網(wǎng)絡）由部署在目標區(qū)域內(nèi)的多個具有一定通信和計算能力的微型傳感器節(jié)點組成，這些節(jié)點通過無線通信技術(shù)（如ZigBee技術(shù)）形成一個多跳自組織的網(wǎng)絡系統(tǒng)，協(xié)作地感知處理網(wǎng)絡覆蓋區(qū)域內(nèi)目標對象的信息發(fā)送給遠程觀測者[1]。

WSN具有組網(wǎng)靈活、容易部署、擴展性強、抗毀性能優(yōu)、支持移動性、成本低等優(yōu)點，獲得了快速發(fā)展，現(xiàn)已廣泛應用于環(huán)境監(jiān)測、軍事偵測、醫(yī)療健康、工業(yè)生產(chǎn)、搶險救災等多個領域。WSN綜合了諸如傳感器技術(shù)、微機電系統(tǒng)、嵌入式計算技術(shù)、現(xiàn)代無線通信技術(shù)、分布式信息融合和處理技術(shù)等多門類的專業(yè)技術(shù)知識，是目前倍受關注的重點研究領域[2]。

1 關于WSN路由協(xié)議

路由協(xié)議是WSN的關鍵技術(shù)之一，負責將數(shù)據(jù)分組從源節(jié)點通過網(wǎng)絡轉(zhuǎn)發(fā)到目的節(jié)點。路由協(xié)議的功能主要涵蓋兩個方面：尋找源節(jié)點和目的節(jié)點的優(yōu)化路徑；將數(shù)據(jù)分組沿著優(yōu)化路徑正確轉(zhuǎn)發(fā)。

不同于以往的傳統(tǒng)網(wǎng)絡，WSN的節(jié)點大多由電池供電，往往能量有限且不易更換，而許多場合下卻需要WSN連續(xù)工作數(shù)年、甚至更長；WSN的節(jié)點結(jié)構(gòu)簡單，存儲、處理、通信能力低；WSN單個節(jié)點可靠性差等，這些特殊性對路由協(xié)議提出以下要求：

（1）能量優(yōu)先。WSN要求路由協(xié)議不僅要選擇能量消耗小的消息傳輸路徑，而且要考慮使整個網(wǎng)絡能量均衡消耗。考慮節(jié)點的能量消耗以及網(wǎng)絡能量均衡使用是WSN路由協(xié)議設計的重要目標。

（2）簡單高效。WSN節(jié)點不能存儲大量的路由信息和進行復雜的路由計算，路由協(xié)議必須簡單高效地實現(xiàn)信息傳輸。

（3）快速收斂。WSN拓撲結(jié)構(gòu)動態(tài)變化，通信帶寬等資源有限，路由機制要能夠快速收斂。

（4）具有魯棒性。能量用盡或環(huán)境因素造成傳感器節(jié)點失敗，新節(jié)點加入及節(jié)點移動等使網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，周圍環(huán)境影響無線鏈路的通信質(zhì)量以及鏈路本身的缺點等不可靠性要求路由機制必須具有一定的容錯能力。

WSN的路由協(xié)議除了需符合以上要求外，還具有如下的特點：

（1）以數(shù)據(jù)為中心。WSN的很多應用往往只關注監(jiān)測區(qū)域的感知數(shù)據(jù)，而不看重具體是哪個節(jié)點獲取的信息，而且是按照對感知數(shù)據(jù)的需求，以數(shù)據(jù)為中心形成消息的轉(zhuǎn)發(fā)路徑。

（2）具有明顯的方向性。WSN的主要業(yè)務是匯聚節(jié)點（Sink）向其他傳感器節(jié)點下達查詢命令及傳感器節(jié)點將采集到的信息傳給匯聚節(jié)點，是典型的多對一和一對多的模式，具有明顯的方向性。

（3）路由與應用相關。沒有一個路由協(xié)議適合所有的WSN應用，需要針對不同的應用，選取或設計與之相適應的路由機制。

2 WSN路由協(xié)議的分類

不同的WSN應用領域，就會有對各特性不同的敏感度。針對各種特性相對應的要求，研究人員提出了多種路由協(xié)議。眾多的WSN路由協(xié)議，按照各自側(cè)重以及分類方法的不同就會有不同的分類結(jié)果。綜合參考文獻[1]和文獻[3]，分類結(jié)果及各類路由協(xié)議的優(yōu)缺點如下。

（1）按路由過程是否考慮節(jié)點的剩余能量可分為能量感知路由和非能量感知路由。能量感知路由協(xié)議主要考慮數(shù)據(jù)傳輸上的能量消耗，以最優(yōu)能量消耗路徑、各節(jié)點能量的均衡消耗等爭取最長網(wǎng)絡生存時間。

（2）按節(jié)點在路由過程中的作用是否相同可分為層次路由協(xié)議和平面路由協(xié)議。層次路由協(xié)議擴展性好，適用于大規(guī)模的傳感器網(wǎng)絡，但維護簇有較大的開銷，且簇頭是路由的關鍵節(jié)點，其失效將導致路由失敗；平面路由協(xié)議實現(xiàn)簡單，健壯性好，但建立、維護路由的開銷大，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶鴶?shù)往往較多，能耗較大，因而僅適用于小規(guī)模網(wǎng)絡。

（3）按路由計算中是否利用節(jié)點的位置信息、是否以地理信息來標識目的地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。在一些如目標定位、目標跟蹤等應用中需要知道探測到事件發(fā)生的節(jié)點的地理位置，這類應用需要用GPS定位系統(tǒng)或者其他定位方法輔助節(jié)點計算其位置并進行定位。以節(jié)點的位置信息為基礎，實現(xiàn)WSN路由、進行傳輸路徑的選擇和控制等目標性更強，可大大降低系統(tǒng)建立路由及維護路由的能耗，但傳感器節(jié)點需具有定位模塊或其他輔助定位及定位計算來實現(xiàn)自身的定位等。

（4）按路由建立與數(shù)據(jù)發(fā)送之間的時機關系可分為主動路由協(xié)議、按需路由協(xié)議和混合路由協(xié)議。主動路由協(xié)議在數(shù)據(jù)傳送之前建立路由，建立、維護路由的開銷大，對資源的要求高；按需路由協(xié)議在數(shù)據(jù)發(fā)送時才建立所需的路由，在傳輸前計算路由所在數(shù)據(jù)傳送時延大；混合路由協(xié)議綜合主動路由和按需路由，是這兩種方式的折中及優(yōu)化[5]。

（5）按是否對數(shù)據(jù)類型進行定義和命名可分為基于數(shù)據(jù)的路由協(xié)議和非基于數(shù)據(jù)的路由協(xié)議。大量的WSN應用是查詢并要求上傳某種類型的數(shù)據(jù)，這樣的應用就可使用基于數(shù)據(jù)的路由，使監(jiān)測到此類數(shù)據(jù)的節(jié)點才發(fā)送數(shù)據(jù)，減少不必要的數(shù)據(jù)發(fā)送，從而減少沖突，也減少了能耗，但基于數(shù)據(jù)的路由需要相關的分類機制對數(shù)據(jù)類型進行命名。

（6）按路由建立時機是否與查詢有關可分為查詢驅(qū)動的路由協(xié)議和非查詢驅(qū)動的路由協(xié)議。在如環(huán)境監(jiān)測等應用場合中，WSN以匯聚節(jié)點發(fā)出查詢命令，傳感器節(jié)點向查詢節(jié)點報告采集的數(shù)據(jù)的形式工作。數(shù)據(jù)傳輸主要是匯聚節(jié)點發(fā)出的查詢命令和傳感器節(jié)點采集的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)在路徑上傳輸時通常要進行數(shù)據(jù)融合，以減少通信量來節(jié)省能源。查詢驅(qū)動的路由協(xié)議能夠縮減節(jié)點存儲空間，但數(shù)據(jù)時延較大，不適合某些需緊急上報的應用。

（7）按數(shù)據(jù)在傳輸過程中采用路徑的多少可分為單路徑路由協(xié)議和多路徑路由協(xié)議。WSN鏈路的穩(wěn)定性難以保證，通信信道質(zhì)量比較低，再加上節(jié)點運動拓撲變化等WSN的鏈路質(zhì)量很差，需要采用多路徑路由協(xié)議才能保證較高的網(wǎng)絡服務質(zhì)量，以滿足某些需要可靠性和實時性，并對通信的QoS有較高要求的WSN應用的需要。以上兩種路由也各有優(yōu)缺點：單路徑路由可節(jié)約存儲空間，數(shù)據(jù)通信量少，因而必然節(jié)能；多路徑路由容錯性強，健壯性好，并可從眾多路由中選擇一條最優(yōu)路由[5]。

3 WSN經(jīng)典路由協(xié)議

在眾多的無線傳感器路由協(xié)議中，有一些是WSN經(jīng)典路由協(xié)議，其他的很多路由協(xié)議，只是在這些路由協(xié)議的基礎上，對某一方面進行了一定程度的改善，或為適應某一應用在相應特性上實現(xiàn)了一些提高。在此，文中只分析討論如下最具代表性的經(jīng)典協(xié)議。

3.1 擴散法（Flooding）

擴散法是WSN最經(jīng)典、且簡單的路由協(xié)議，該協(xié)議不需要知道網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)。其實現(xiàn)過程是：節(jié)點S希望發(fā)送數(shù)據(jù)給節(jié)點D，節(jié)點S首先通過網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)的副本傳給節(jié)點的每一個鄰居節(jié)點A、B、C、E、F，而每一個鄰居節(jié)點又將其傳給除S外的其他鄰居節(jié)點，直到滿足以下三項之一停止傳送，即：將數(shù)據(jù)傳到D，該數(shù)據(jù)的生命期限終結(jié)，所有節(jié)點已擁有此數(shù)據(jù)的副本。擴散法的實現(xiàn)過程如圖1所示。

圖1 擴散法的實現(xiàn)過程

Fig.1 The implementation process of Flooding

擴散法不需要保存網(wǎng)絡拓撲信息，也不需要用復雜的計算來實現(xiàn)路由算法而消耗計算資源，但存在一個節(jié)點可能得到多個數(shù)據(jù)副本的信息爆炸問題；此外，擴散法沒有考慮各節(jié)點的能量，無法作出相應的自適應路由選擇，網(wǎng)絡可能早死。

該方法的優(yōu)點為：不需保存網(wǎng)絡拓撲信息和進行路由計算。簡單，對計算資源依賴低。

該方法的缺點為：存在信息爆炸、信息重復問題；并未考慮各節(jié)點能量，部分節(jié)點能量會提前耗盡網(wǎng)絡有早死可能。

該方法主要適用于：小規(guī)模，健壯性要求高的應用。

3.2 DD路由

DD（directed diffusion）定向擴散路由是一個經(jīng)典的基于數(shù)據(jù)的、查詢驅(qū)動的路由協(xié)議[3]。實現(xiàn)過程可分為興趣擴散、梯度建立、路徑加強三個階段。對每個階段的詳盡分析如下。

（1）匯聚節(jié)點通過興趣消息擴散發(fā)出查詢?nèi)蝿眨d趣消息（例如監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的濕度、溫度信息等）采用洪泛方式傳播給所有傳感器節(jié)點。每個節(jié)點都在本地保存一個興趣列表，其中專門設置一個表項用來記錄發(fā)送該興趣消息的鄰居節(jié)點、數(shù)據(jù)發(fā)送速率和時間戳等相關信息。

（2）在上一階段的消息傳播過程中，路由協(xié)議逐跳地在各個傳感器節(jié)點上建立反方向的從數(shù)據(jù)源節(jié)點到匯聚節(jié)點的數(shù)據(jù)傳輸梯度。

（3）傳感器節(jié)點將采集到的數(shù)據(jù)以傳輸梯度選擇較優(yōu)的路徑，并沿梯度方向傳遞到匯聚節(jié)點。

這一方法的優(yōu)點在于：該協(xié)議的每個節(jié)點都可以進行數(shù)據(jù)融合操作，能減少數(shù)據(jù)通信量，節(jié)點只需要和鄰居節(jié)點通信，使用查詢驅(qū)動機制按需建立路由， 數(shù)據(jù)的發(fā)送是基于需求的等節(jié)能特性。而且采用了多路徑方式，健壯性好。

該方法的缺點是：使用洪泛方式傳播興趣消息，梯度建立需一定的時間和能量開銷，收到的數(shù)據(jù)可能有重復。

該法主要適用于：具有極好的健壯性，可用于軍事目的。不適合多Sink網(wǎng)絡。

3.3 謠傳路由

謠傳路由（Rumor Routing）使用了查詢消息的單播隨機轉(zhuǎn)發(fā)機制。其實現(xiàn)過程為：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)點監(jiān)測到一個事件發(fā)生時，在事件列表中增加一個表項并根據(jù)概率產(chǎn)生一個代理消息，代理消息是一個包含事件相關信息的分組，代理消息沿隨機路徑向外擴散傳播，鄰居節(jié)點收到代理消息后檢查自己的表項，并根據(jù)收到的代理消息中的事件更新和增加表項。同時，匯聚節(jié)點發(fā)送的查詢消息也沿隨機路徑在網(wǎng)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)點到事件傳感器節(jié)點的完整路徑。

該方法的優(yōu)點是：有效地減少了路由建立的能量開銷，是一個能量高效的路由。

該方法的缺點是：數(shù)據(jù)傳輸路徑不是最優(yōu)路徑，可能存在路由環(huán)路問題。

該法主要適用于：多sink點、查詢請求數(shù)目很大、網(wǎng)絡事件很少的傳感器網(wǎng)絡。

3.4 SPIN路由

SPIN （Sensor Protocols for Information via Negotiation）路由協(xié)議是第一個基于數(shù)據(jù)的路由協(xié)議[3]。SPIN采用了三種數(shù)據(jù)包來通信：

（1）ADV用于新數(shù)據(jù)的廣播，當節(jié)點有數(shù)據(jù)要發(fā)送時，利用該數(shù)據(jù)包向外廣播；

（2）REQ用于請求發(fā)送數(shù)據(jù)，當節(jié)點希望接收數(shù)據(jù)時，發(fā)送該報文；

（3）DATA包含帶有Meta-data頭部數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)報文。

具體實現(xiàn)過程是：一個傳感器節(jié)點在發(fā)送DATA數(shù)據(jù)包之前，先向各鄰居節(jié)點以廣播方式發(fā)送ADV數(shù)據(jù)包，若某個鄰居節(jié)點希望接收這個DATA數(shù)據(jù)包，就向該節(jié)點發(fā)送REQ數(shù)據(jù)包，當節(jié)點接收到REQ包后即向其鄰居節(jié)點發(fā)送所接收的DATA數(shù)據(jù)包。SPIN協(xié)議的實現(xiàn)過程如圖2所示。

圖2 SPIN協(xié)議的實現(xiàn)過程

Fig.2 The implementation process of SPIN

SPIN 協(xié)議通過協(xié)商完成資源自適應算法，即在發(fā)送真正數(shù)據(jù)之前，通過協(xié)商壓縮重復的信息，避免冗余數(shù)據(jù)的發(fā)送；此外，SPIN 協(xié)議有權(quán)訪問每個節(jié)點的當前能量水平，根據(jù)節(jié)點剩余能量水平調(diào)整協(xié)議，可以在一定程度上延長網(wǎng)絡的生存期。

該方法的優(yōu)點為：使用ADV消息減輕了內(nèi)爆問題；通過數(shù)據(jù)命名解決了交疊問題；只發(fā)送必要的數(shù)據(jù)避免冗余；可感知節(jié)點剩余能量，延長網(wǎng)絡的生存期。

該方法的缺點為：可能出現(xiàn)“數(shù)據(jù)盲點”；算法較復雜，數(shù)據(jù)傳遞有時延。

該法主要適用于：對網(wǎng)絡生存期要求較高對實時性要求不高的應用。

3.5 GEAR路由

GEAR（geographical and energy aware routing，地理位置和能量感知路由）假設每個節(jié)點知道自己的位置信息和剩余能量信息，并通過一個簡單的Hello消息交換機制可知道所有鄰居節(jié)點的位置信息。已知事件區(qū)域的位置信息，節(jié)點間的無線鏈路是對稱的。

具體實現(xiàn)過程為：GEAR路由中查詢消息傳播分兩個階段。首先，匯聚節(jié)點根據(jù)事件區(qū)域的地理位置發(fā)出查詢命令，當節(jié)點收到查詢數(shù)據(jù)包時，先檢查是否有鄰居比其更接近目標區(qū)域。如有就選擇離目標區(qū)域最近的節(jié)點作為數(shù)據(jù)傳遞的下一跳節(jié)點。如果查詢數(shù)據(jù)包已經(jīng)到達目標區(qū)域，該節(jié)點利用受限的擴散方式發(fā)布該數(shù)據(jù)將查詢命令傳播到區(qū)域內(nèi)的所有其他節(jié)點。相關節(jié)點則將監(jiān)測數(shù)據(jù)沿查詢消息的反向路徑向匯聚節(jié)點傳送。

該方法的優(yōu)點是：避免采用洪泛方式使路由建立過程的開銷過大。

該方法的缺點是：缺乏足夠的拓撲信息，路由過程中可能遇到路由空洞。

該法主要適用于：節(jié)點移動性不強的應用環(huán)境。

3.6 GEM路由

GEM（graph embedding）地理位置路由的基本思想是建立一個虛擬極坐標系統(tǒng)（VPCS， Virtual Polar Coordinate System），網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)是各節(jié)點形成的一個以匯聚節(jié)點為根的帶環(huán)樹，每個節(jié)點用到樹根的跳數(shù)距離和角度范圍來表示，節(jié)點間的數(shù)據(jù)路由通過這個帶環(huán)樹實現(xiàn)。

實現(xiàn)過程是：

⑴建立路由。

①建立虛擬極坐標系統(tǒng)，②由跳數(shù)建立路由，③擴展到整個網(wǎng)絡形成生成樹型結(jié)構(gòu)，④從葉節(jié)點開始反饋子樹的大小，即樹中包含的節(jié)點數(shù)目，⑤確定每個子節(jié)點的虛擬角度范圍。

⑵傳送消息。節(jié)點收到一個消息就檢查是否在自己的角度范圍內(nèi)，不在自己的角度范圍內(nèi)就向父節(jié)點傳遞，最終消息到達包含目的位置角度的節(jié)點。

⑶更新路由。當實際網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)發(fā)生變化（比如節(jié)點加入和節(jié)點失效）時需及時更新路由。

該方法的優(yōu)點是：用生成樹、虛擬極坐標等使轉(zhuǎn)發(fā)更有目的性，減少通信次數(shù)節(jié)約能量。

該方法的缺點是：建立虛擬極坐標系統(tǒng)等較復雜，需耗費時間及計算資源。

該法主要適用于：以數(shù)據(jù)中心為存儲方式的傳感器網(wǎng)絡。

3.7 LEACH路由

LEACH（low energy adaptive clustering hierarchy，低功耗自適應集簇分層路由協(xié)議）是第一個提出數(shù)據(jù)聚合的層次路由協(xié)議，是一種自適應分簇路由算法。具體實現(xiàn)過程為：LEACH 不斷地循環(huán)執(zhí)行簇的重構(gòu)過程，通常可以分為兩個階段。一是簇的建立階段。在該階段按均等的機會選舉出簇頭使網(wǎng)絡中各節(jié)點相對均衡地消耗能量，選舉出的簇頭節(jié)點進行廣播告知整個網(wǎng)絡，未被選為簇頭的普通節(jié)點根據(jù)收到的信號強弱選擇加入的簇。在選舉簇頭時每個節(jié)點隨機產(chǎn)生一個值，小于某閾值的節(jié)點就成為簇首節(jié)點。二是傳輸數(shù)據(jù)的穩(wěn)定階段。在該階段中，簇內(nèi)節(jié)點將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送到簇首節(jié)點，簇首節(jié)點將信息融合后送給匯聚點。一段時間后，重新建立簇，不斷循環(huán)。每次簇頭都會由于為他家提供服務而消耗較多的能量，但簇內(nèi)節(jié)點因為是都通過簇頭結(jié)點與基站進行通信，而減少了直接與基站進行通信的節(jié)點數(shù)量，進而也減少了網(wǎng)絡總體的能量消耗。

該方法的優(yōu)點是：容易在簇頭進行數(shù)據(jù)融合，可減少數(shù)據(jù)通信量；隨機選擇簇頭，平均分擔路由業(yè)務，能量消耗均衡，整個網(wǎng)絡的生存時間較長；并且容易擴展。

該方法的缺點是：選舉出的簇頭分布不均勻；分簇有額外開銷及覆蓋問題。

該法主要適合于：每個節(jié)點在單位時間內(nèi)需要發(fā)送的數(shù)據(jù)量基本相同，數(shù)據(jù)量較均衡的應用。不適合突發(fā)數(shù)據(jù)通信。

3.8 PEGASIS 協(xié)議

PEGASIS （ power efficient gathering in sensor information systems） 是一種基于貪婪算法的路由策略。該協(xié)議的核心思想與LEACH一致，即盡量減少直接與基站進行通信的節(jié)點數(shù)量[4]。其實現(xiàn)過程為：首先使用貪婪算法構(gòu)成一條邊長之和接近最小的鏈，該策略在每輪會選舉一個鏈內(nèi)簇頭節(jié)點，當通信開始的時候，數(shù)據(jù)會從最遠端節(jié)點開始沿鏈向簇首節(jié)點發(fā)送，每經(jīng)過一個節(jié)點都會進行一次數(shù)據(jù)融合，直至到達簇首節(jié)點后由簇首節(jié)點將融合后的數(shù)據(jù)發(fā)送到基站。

該方法的優(yōu)點是：每個節(jié)點都以最小能量、最少次數(shù)發(fā)送數(shù)據(jù)包，能量高效，能量消耗相對均衡；數(shù)據(jù)融合完備，冗余量低。

該方法的缺點是：鏈內(nèi)簇首節(jié)點的失效將破壞整個網(wǎng)絡的運行，容錯性差；節(jié)點較多時，形成的鏈會很長，如此即會使數(shù)據(jù)延遲加重，實時性差。

該法主要適用于：追求網(wǎng)絡生存時間的中等規(guī)模網(wǎng)絡。

4 WSN經(jīng)典路由協(xié)議比較

延長網(wǎng)絡的生存時間是大多數(shù)WSN路由協(xié)議致力達到的首要目標，這就要求WSN路由協(xié)議提供節(jié)能策略，具有能量有效性以延長節(jié)點的壽命，也要求WSN路由協(xié)議能均衡地消耗能量，以及具有快速收斂性。很多應用場合對WSN路由協(xié)議的可擴展性也提出了要求，另外一些應用則對健壯性也提出了要求。根據(jù)這些標準，文中對以上WSN經(jīng)典路由協(xié)議進行比較，比較結(jié)果如表1所示。

表1 各經(jīng)典協(xié)議的比較

Tab.1 The comparison of classic routing protocols

協(xié)議名稱 分類描述 特點 節(jié)能策略 可擴展性 健壯性 網(wǎng)絡生存時間

Flooding 平面、多路徑 采用洪泛、能量消耗快 無 只能小規(guī)模網(wǎng)絡 很好 短

DD 平面、基于數(shù)據(jù)、查詢驅(qū)動、按需、多路徑 興趣擴散采用洪泛 有限 受限 很好 稍長

Rumor Roution 平面，按需 查詢消息單播隨機轉(zhuǎn)發(fā)、能量高效 有 受限 好 較長

SPIN 平面、能量感知、基于數(shù)據(jù)、按需 網(wǎng)絡生存期長 有 好 好 較長

GEAR 平面、能量感知、基于地理位置、主動 根據(jù)事件區(qū)域的地理位置發(fā)出查詢命令 有 好 好 較長

GEM 平面、基于地理位置、主動 利用虛擬極坐標算法發(fā)送消息 有 好 好 較長

LEACH 分層、主動 隨機產(chǎn)生簇頭能量均衡消耗、數(shù)據(jù)聚合 有 很好 簇頭可能失效 長

PEGASIS 分層、主動、 能量高效、能耗均衡、數(shù)據(jù)聚合 有 好 鏈首可能失效、鏈可能斷 很長

由表1可見，其中的WSN經(jīng)典路由協(xié)議在設計時均有各自的側(cè)重點和最優(yōu)的方面，因而雖然可以對這些協(xié)議按一些衡量標準進行比較，但卻不能得出哪個協(xié)議最好的結(jié)論。但是這些協(xié)議的出現(xiàn)都極大地推進和影響了WSN路由協(xié)議的發(fā)展，并且對WSN路由協(xié)議的研究和改進具有不可言喻的重大意義。

5 結(jié)束語

WSN的路由協(xié)議選用與以下幾個因素密切相關：

（1）應用場合。應用場合不同，最重視的網(wǎng)絡屬性也相應不同，應選用最重視屬性為優(yōu)的協(xié)議。

（2）網(wǎng)絡規(guī)模。網(wǎng)絡中節(jié)點數(shù)量的多少決定協(xié)議的選用，節(jié)點太多要考慮分層協(xié)議，節(jié)點很少才能考慮應用某些協(xié)議，諸如Flooding協(xié)議。

（3）網(wǎng)絡中節(jié)點是否同構(gòu)。節(jié)點異構(gòu)可優(yōu)先考慮分層協(xié)議，并選取能量多能力強的節(jié)點作為簇頭。

（4）網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)傳輸頻率及數(shù)據(jù)量大小。據(jù)此可選用更合適的協(xié)議。

本文對WSN的經(jīng)典路由協(xié)議進行了介紹和比較，以期對簡單背景下的路由算法選用提供參考，而對復雜的應用即需要考慮對協(xié)議的改造及單獨設計。本文并未考慮安全性等方面的要求，而且只是對涉及到的有限幾個方面的性能進行了比較，亟需后續(xù)研究的進一步完善。

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