淺談對GEAR路由協議的認識

摘 要：GEAR路由協議是一種基于地理位置和能量信息的路由協議，該協議采用能量和地理位置信息作為啟發式選擇路徑向目標區域傳送數據。GEAR協議只考慮向某個特定區域發送數據而不是發布到整個節點網絡，因此是一種比其他路由協議更加節省能量的協議。

關鍵詞：GEAR；路由黑洞；地理位置

中圖分類號：TP212.9；TN929.5 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 14-0000-01

現有的路由協議分為：能量感知路由協議EAR、以數據為中心的路由協議DD、基于地理位置的路由協議、可靠的路由協議和層次路由協議五類。而GEAR協議結合了能量感知路由協議和基于地理位置的路由協議，更是兼具有兩個協議的優勢，即既考慮地理位置信息，也考慮節點能量信息的基本方法。

一、GEAR簡介及傳遞過程

GEAR（geographical and energy aware routing，位置和能量感知的地理路由）協議是一個基于貪婪算法轉發與節點能耗均衡相結合的路由協議，在選擇相鄰節點進行轉發時，選擇綜合開銷最小的鄰節點進行分組轉發，即把各直接鄰節點的能量信息結合起來考慮。其整個轉發過程可以分為兩個階段，包括從源節點到目的區域的轉發和目的區域內的節點轉發。

（一）源節點向目的區域轉發過程。在向目的區域轉發的過程中，源節點接受數據分組的轉發請求開始轉發數據，其會根據自身地理位置與目的區域的距離和直接鄰節點與目的區域的距離的比較結果做出判斷，選擇距離最小的鄰節點作為下一跳的節點，傳遞分組，若發現自己為最小節點，則判斷存在“黑洞”，此時節點將選擇自身鄰節點中距離目的區域最小的節點進行分組轉發。

（二）目的區域內的節點轉發過程。目的區域內的轉發過程有兩種方法可供選擇，其標準為：當區域內節點密度大于某一閾值時，采用遞歸轉發機制，假設目的區域為長方形，則將區域劃分為等份，區域內首節點將數據分組分別轉發至分好的等份中，再進行相同的過程，直至傳遞到目標節點；當節點密度較小時，直接采用洪泛轉發傳遞分組到目標節點。

當這兩個階段完成后，目的區域內節點的監測數據都將發送到目的區域內的首節點上，即第一次接收到分組的節點。此節點再將監測數據沿查詢消息的反向路徑向源節點傳送。

二、GEAR對路由“黑洞”的處理辦法

所謂出現路由“黑洞”，是指一個節點在自己的鄰節點中找不到任何比自身離目的區域更近的鄰節點的現象，或者說如果節點的所有鄰節點到事件區域的路由代價都比自己的大時，則陷入路由空洞。GEAR路由協議的解決辦法為：使節點從自己的鄰節點中選擇一個到目的區域距離最小的節點作為下一跳節點，然后將自身到目的區域的距離設為到下一跳節點的距離加上自身到目的區域的距離。通過這種辦法，當下一跳節點選擇下下跳節點時，若路由“黑洞”仍然存在，則下下跳節點的選擇將自動忽略此節點，即數據分組不會在兩個節點之間循環轉發，直至跳出路由“黑洞”。

三、對GEAR路由協議存在的問題分析

GEAR路由協議在路由建立過程中采用了局部最優的貪婪算法，比較適合無線傳感器網絡中只知道局部拓撲信息的情況下使用，有一定的局限性。而且GEAR路由協議假設節點地理位置固定或變化不頻繁，只在傳感器網絡應用移動性較小的情況下適用。

（一）定位精度對協議性能的影響。目前常用的兩種獲取位置信息的方法是利用GPS進行定位和利用信號強度估計節點的相對坐標。節點通過GPS獲得自己當前的地理位置信息具有一定的誤差，這個誤差的數量級和網絡節點之間的一跳數據傳輸距離的數量級具備可比性，即一旦出現定位誤差較大則可能會嚴重影響GEAR路由算法的正確性。而且，在無線網絡環境中，信號存在衰減、噪聲干擾等自身和外界的影響，利用信號強度估計節點相對坐標的辦法在實際應用中受到了很大的限制，并不能作為可靠的定位手段。

（二）網絡變化速度對協議性能的影響。在拓撲結構穩定的網絡中信標頻率的快慢對GEAR路由協議的影響較小，而在動態變化比較快的網絡中，信標交換頻率對鄰節點狀態維護的速度跟不上網絡變化速率，在GEAR路由協議中會嚴重影響節點對下一跳節點的正確距離和能量信息的判定，需要對信標的交換頻率和節點的狀態信息綜合考慮而提出解決辦法。

四、對改進GEAR路由協議的幾點辦法

（一）節點地理位置定位誤差解決措施。由對GEAR路由協議的問題分析可知，位置誤差對協議性能的影響比較大，筆者認為對路由節點進行統一編址和精確定位是十分有必要的舉措，采用多次定位的辦法可以降低這一誤差帶來的協議不穩定性，從節點的角度來說，當節點在更新鄰節點的位置信息時，對位置信息變動較大的鄰節點執行“懷疑”過程，下一跳分組將暫時忽略此節點，直至位置信息比較確定時換回“信任”標簽，這樣通過對鄰節點的選擇提供一個更高的標準來提高GEAR路由協議的執行效率是行之有效的辦法。

（二）對路由“黑洞”的解決措施。GEAR協議中節點只維護與自身相鄰的節點地理位置信息，如果將每個節點按照能量的多少劃定一個鄰節點范圍，在該范圍內的節點都算做是該節點的鄰節點，將能量最大化利用，即每個節點的鄰節點不僅僅局限在只是一跳的范圍內，這樣做的話就可以在存在路由“黑洞”的前提下提前知道并作出選擇，使數據分組在傳遞時少走彎路，這樣將大大降低路由“黑洞”的出現概率，將傳遞代價降到比較小的狀態。

五、結束語

本文介紹了基于地理位置信息和能量感知路由GEAR的基本原理。針對GEAR協議在數據傳輸過程中存在的路由空洞及地理位置誤差等問題，提出了幾種改進GEAR路由協議的辦法。這是對GEAR路由協議的一種完善，隨著更多研究成果的得出，筆者認為，研究基于地理位置和能量感知的路由協議會成為一項非常有意義的工作。

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[作者簡介]秦小芳（1994-），女，中南大學，學生，研究方向：信息科學與工程。