無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )路由協(xié)議與改進(jìn)

SPIN算法并沒(méi)有明確定義元數據的格式。其具體格式和應用相關(guān)，如ADV和REQ的格式可根據具體應用做詳細規定。另外，當拓撲結構發(fā)生變化時(shí)，每個(gè)節點(diǎn)只需在局部范圍內維護與其相鄰的節點(diǎn)狀態(tài)，不需全網(wǎng)廣播，既節省能量又降低對節點(diǎn)運算能力的要求，這種SPIN稱(chēng)為SPIN-1。但SPIN-1不能保證遠程數據的正確遞送，如遠端節點(diǎn)需要數據而與源節點(diǎn)相鄰的近端節點(diǎn)則不需要，在轉發(fā)的開(kāi)始就將代表該數據的元數據丟棄，不做REQ回復，造成數據遞送失敗。為了解決這一問(wèn)題，在SPIN-2在SPIN-1的基礎上加入了能量門(mén)限機制。在遞送數據前先檢測相鄰節點(diǎn)的能量，如果能量值低于某一個(gè)門(mén)限值，則認為該節點(diǎn)沒(méi)有足夠能力完成遠程遞送任務(wù)，將該數據轉發(fā)給其他有足夠能量的相鄰節點(diǎn)。除此之外，針對不同的應用情況，SPIN的其他擴展協(xié)議，如SPIN- BC和SPIN-RL針對傳感器網(wǎng)絡(luò )這種多播網(wǎng)絡(luò )、SPIN-PP和SPIN-EC針對傳統的點(diǎn)對點(diǎn)網(wǎng)絡(luò )都做出專(zhuān)門(mén)優(yōu)化。
2．2 層次路由
層次路由(也稱(chēng)為以分簇為基礎的路由)是最早產(chǎn)生并應用于有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的，滿(mǎn)足大規模網(wǎng)絡(luò )的高效通信。因此層次路由的概念也被引入到WSN中，用于滿(mǎn)足傳感器節點(diǎn)的低能耗和高效率通信。在層次路由中，高能量節點(diǎn)可用于數據轉發(fā)、數據查詢(xún)、數據融合、遠程通信和全局路由維護等高耗能應用場(chǎng)合；低能量節點(diǎn)用于事件檢測、目標定位和局部路由維護等低耗能應用場(chǎng)合。這樣，將不同的應用按照節點(diǎn)不同的能力合理分配，使節點(diǎn)能充分發(fā)揮各自?xún)?yōu)勢，以應付大規模網(wǎng)絡(luò )情況，并有效提高整個(gè)網(wǎng)絡(luò )的生存時(shí)間。層次路由主要包括兩個(gè)層次的路由：一是用于選擇簇頭節點(diǎn)，二是用于路由選擇。LEACH(low-energy adaptiveclustering hierarchy)是一個(gè)提出較早的基于分簇思想的WSN層次路由算法。與傳統網(wǎng)絡(luò )固定網(wǎng)關(guān)節點(diǎn)能量較充足相比，WSN中的節點(diǎn)能量有限，故不能用同定簇頭節點(diǎn)作為網(wǎng)關(guān)。LEACH從WSN中隨機選擇少數節點(diǎn)作簇頭，考慮到網(wǎng)絡(luò )中各節點(diǎn)能耗的平衡性，讓其他沒(méi)有做過(guò)簇頭的節點(diǎn)輪流作為簇頭，使網(wǎng)絡(luò )不會(huì )因少數節點(diǎn)先耗盡能量造成網(wǎng)絡(luò )癱瘓。
LEACH算法分簇頭建立和穩定狀態(tài)兩階段，前者是LEACH算法實(shí)現的關(guān)鍵，后者是數據傳輸的保證。在簇頭建立階段，節點(diǎn)隨機選擇一個(gè)數值r (Or1)，如果該隨機數r小于閾值T(n)，則該節點(diǎn)成為這一輪的一個(gè)簇頭。用G表示最后的1/p輪中沒(méi)有被選為簇頭的節點(diǎn)集合，p表示簇頭節點(diǎn)濃度(如5％)，則T(n)為：

LEACH的分簇機制可降低網(wǎng)絡(luò )的整體能耗，延長(cháng)網(wǎng)絡(luò )生存時(shí)間；在簇內節點(diǎn)間采用TDMA編碼，在簇頭與基站間采用CDMA編碼，保證信息有效傳輸；數據采集和簇頭節點(diǎn)都是周期性的，網(wǎng)絡(luò )適合監測連續變化事件。

3 結束語(yǔ)
闡述無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的網(wǎng)絡(luò )層，以路由算法作為研究主線(xiàn)，深入分析WSN的兩種路由算法。路由算法研究主要存在以下難題：(1)在網(wǎng)絡(luò )層或應用層進(jìn)行數據融合，網(wǎng)絡(luò )層主要依靠路由算法協(xié)調，以丟棄冗余分組，降低節點(diǎn)能耗和提高數據轉發(fā)效率。(2)為保證數據傳輸的可靠性，盡量降低多路徑維護的開(kāi)銷(xiāo)，算法不應太復雜。(3)對于WSN，除考慮節點(diǎn)靜止時(shí)的情況，節點(diǎn)移動(dòng)性也需考慮。如果不是移動(dòng)跟蹤節點(diǎn)，一般可在節點(diǎn)移動(dòng)時(shí)關(guān)閉射頻通道。(4)路由算法應處理好節點(diǎn)間的協(xié)調，即使在節點(diǎn)數量較大時(shí)也能完成正常數據轉發(fā)，不會(huì )造成在短時(shí)間內失效。(5)對于節點(diǎn)數量較大的WSN，由于網(wǎng)絡(luò )拓撲分布的隨機性，可能出現某些關(guān)鍵節點(diǎn)能耗較多，而其他節點(diǎn)能耗較少，網(wǎng)絡(luò )負載不平衡。因此，有必要用路南算法加強網(wǎng)絡(luò )負載平衡性。(6)由于WSN的特殊性，必須考慮節點(diǎn)的能耗。因此，研究WSN路由算法，要盡可能降低節點(diǎn)能耗，以延長(cháng)網(wǎng)絡(luò )生存時(shí)間。