WSN的路由协议分类

　　目前国内外科研人员已设计了多种面向WSN的路由协议，将其分为四类：以数据为中心的、分层次的、基于位置的、基于数据流模型和服务质量（QoS）要求的。

　　（1）以数据为中心的路由协议

　　此类路由协议是基于查询和目标数据命名之上的，通过数据融合减少冗余的数据传输。

　　①Flooding协议和Gossiping协议：这是两个最经典和简单的传统网络路由协议，在Flooding协议中，节点产生或收到数据后向所有邻节点广播，数据包直到过期或到达目的地才停止传播。该协议具有严重缺陷：内爆（implosiON），节点几乎同时从邻节点收到多份相同数据；交叠（overlap），节点先后收到监控同一区域的多个节点发送的几乎相同的数据；资源利用盲目（resource blindness），节点不考虑自身资源限制，在任何情况下都转发数据。Gossiping协议是对Flooding协议的改进，节点将产生或收到的数据随机转发，避免了内爆，但增加了时延。这两个协议不需要维护路由信息，也不需要任何算法，简单但扩展性很差。

　　②SPIN协议：SPIN（sensor protocols for inf°rmatlon vla negotiation）协议节点利用三种消息进行通信：数据描述ADV、数据请求REQ和数据DATA。该协议以抽象的元数据对数据进行命名，命名方式没有统一标准。节点产生或收到数据后，用包含元数据的ADV消息向邻节点通告，需要数据的邻节点用REQ消息提出请求，然后将DATA消息发送到请求节点。该协议的优点是ADV消息减轻了内爆问题；通过数据命名解决了交叠问题；节点根据自身资源和应用信息决定是否进行ADV通告，避免了资源利用盲目问题；与Flooding协议和Gossiping协议

　　相比，有效地节约了能量。其缺陷是：SPIN的广播机制不能保证数据的可靠传送，当产生或收到数据的节点的所有邻节点都不需要该数据时，将导致数据不能继续转发，以致较远节点无法得到数据；而当某sink点对任何数据都需要时，其周围节点的能量容易耗尽。图1表示了SPIN协议的路由建立与数据传输。

 

　　图1 SPIN协议的路曲建立与数据传输

　　③定向扩散（directed diffusion，DD）协议：DD协议用一组属性值命名它生成的数据。为建立路由，sink节点在整个网络或部分区域内flooding包含查询任务的Interest消息；沿途节点按需对各Interest进行缓存与合并，并根据Interest计算、创建包含数据上报率、下一跳等信息的梯度（gradient），从而建立多条指向sink点的路径。Interest中的地理区域内节点则按要求启动监测任务，并周期性地上报数据，途中各节点可对数据进行缓存与聚合；sink点可在数据传输过程中通过对某条路径发送上报间隔更小或更大的Interest，以增强或减弱数据上报率。该协议的优点是：采用多路径，健壮性好；使用数据聚合减少了数据通信量；sink点根据实际情况采取增强或减弱方式有效利用能量；使用查询驱动机制按需建立路由，避免了保存全网信息。其缺点是：不适合环境监测等应用；建立梯度开销很大，不适合多sink点网络；数据聚合采用时间同步技术，带来较大开销和时延。图2表示了Directed Diffusion协议的路由建立过程。

 

　　图2 Directed Diffusion协议的路由建立过程

　　④Rumor协议：Rumor协议引人了查询消息的单播随机转发。当节点监测到事件后将其保存，并创建称为代理（Agent）的生命周期较长的包括事件和源节点信息的数据包，将其按一条或多条随机路径在网络中转发，收到Agent的节点根据事件和源节点信息建立反向路径，并将Agent再次随机发送到相邻节点，并可在再次发送前在Agent中增加其已知的事仵信息。同时sink节点的查询请求也沿着一条随机路径转发，当两路径交叉时则路由建立；如不交叉，sink点可flooding查询请求。该协议优点是：适用于多sink点、查询请求数目很大、网络事件很少的情况。其缺点是：如果事件非常多，维护事件表和收发Agent带来的开销会很大；且因Rumor协议使用随机方式生成路径，数据传输路径不是最优，甚至可能存在路由环路问题。图3表示了Rumor协议中Agent路径与查询路径的交叉情形。

 

　　图3 谣传路由原理图