无线传感器网络的路由协议

（一）概念及作用

路由协议是网络层中最重要的内容，在无线传感器网络中，数据的正确转发依靠的就是路由协议。如果没有路由协议，就不存在数据转发。因此，路由协议是最为关键的技术，它的优劣直接决定着传输的效率，从而影响整个网络的质量。路由协议的功能包括路径选择和数据转发。路径选择是在传输节点与接收节点之间形成一条最优的路径，数据通过此路径转发的次数最少或者消耗的能量最少。数据转发是将数据信息以分组的形式沿着路径正确传输。

作用主要包含探寻最优路径和正确转发。从初始节点发送数据到终端节点之间往往经过很多其他节点，这就需要路由协议找到一条最优的路径，该路经所经过节点越少越好，从而保证接收方收到的数据是正确无误的。面向无线传感器网络的路由协议是在传统的路由协议基础上改进的，并且性能优于传统的协议，原因包含：第一，不同的研究侧重点。虽然WSN路由协议和传统路由协议一样有5个层次，但是设计WSN路由协议时考虑最多的是如何在有限的能量下，发送完整正确的数据，提高WSN的性能。第二，WSN路由协议适用于动态的拓扑结构。而传统的路由协议往往面对静态的拓扑结构，这是由WSN的特征所决定的，因此WSN路由协议必须动态地适应WSN的动态变化。

（二）分类

WSN路由协议主要是按照WSN的拓扑结构来分类的，主要分为两种：基于层次的路由协议和基于平面的路由协议。第一，基于层次的路由协议：这种协议能够在传输数据的过程中实现数据融合，将网络进行划分来进行数据的传输。这种协议的优点是在传输过程中实现了数据融合，这样会大大地降低汇聚节点的工作负荷，从而达到减少能量消耗的目的，但这种协议设计起来结构非常复杂。第二，基于平面的路由协议：这种路由协议最大的缺点是网络生命周期短，浪费大量的能量在数据传输过程中。因为这种协议中，部署在所监测区的所有传感器节点都可以直接与汇聚节点进行通信，与汇聚节点之间进行数据的发送和接收。该协议优点是结构简单，性能稳定。比较常见的平面路由协议包括SAR路由、DD路由、洪泛式路由等。随着技术的进步，又可以把基于层次的路由协议分为以下三类。

（1）基于树的路由协议：顾名思义，该协议中节点与节点进行数据传输是以树形结构。首先节点进行数据融合，最后将数据融合后的结果发送给树形结构中的树根节点。这种协议主要是通过减少路由交换次数从而达到降低能耗。目前基于这种协议的算法有TCDGP、PERLA、TREEPSI等。(www.xing528.com)

（2）基于链的路由协议：在这种协议中，只有相邻的传感器节点之间才进行数据的传输。这种协议比较适合在汇聚节点离节点距离较远或者网络覆盖的面积较大等情况下使用。目前基于这种路由协议的算法有COSEN、PEGASIS等。

（3）基于簇的路由协议：首先将部署在检测区域内的所有传感器节点分簇，在每一个簇内再选择出一个簇头，簇头对簇内其他普通节点收集的数据进行汇总并且处理，将处理后的数据再发送到汇聚节点。目前基于这种路由协议的算法有TEEN算法和LEACH算法等。

随着科学技术的进步，无线传感器网络得到了快速的发展，单一路由协议的使用已经无法满足实际需求，我们在设计路由协议时应该考虑更多。当无线传感器网络在传输数据时，传输的关键是选择最优的传输路径，路径的好坏直接影响着传输的效率，路径选择得好，会极大地减少不必要的传输，从而有效地提高传输通道的效率。反之，若选择不当的路径，不仅会使信息的传输时间增加，而且会消耗不必要的能量。故在好的路由的前提下，融入数据融合算法，更加会提高无线传感器网络的性能，也会减少传输过程中数据量和能量消耗，从而更加延长网络生命周期。

（三）常见路由协议比较

Flooding协议和DD协议是基于平面的路由协议，由上述对这种协议的描述以及与其他协议的比较可以看出，在无线传感器网络中使用该种协议，非但不能使其扩展，不能延长网络的使用寿命，而且这种协议不具有数据融合的功能，因此不能降低网络中传输的数据量。LEACH协议是基于簇的路由协议，在网络中使用分簇结构的协议，可以有效地降低数据所发送的总量，并且可以有效地延长网络的使用寿命，采用连续传输的方式进行数据的传输，可以有效地避免数据的丢失以及保证数据的有效性。但是该协议不具备路由的优化能力，并且可扩展性较差，使用该协议，对网络有较高的要求。PEGASIS协议是基于链路的路由协议，这种协议相比于其他的协议具有较强的优势，其具有路由优化的能力，并且具有数据融合功能，可以有效地降低网络中的传输数据量，从而拥有较长的网络使用寿命。但是这种协议比较适合在汇聚节点离节点距离较远或者网络覆盖的面积较大等情况下使用。