第3章 路由协议

第三章路由协议郑来波山东大学信息学院通信研究所办公室：信息学院北楼513电话：88362208Email:zhenglaibo@126.com第3章路由协议3.1概述路由协议设计是无线传感器自组网中的一个核心环节.作用：负责将数据分组从源节点通过网络转发到目的节点。主要包括寻找源节点和目的节点间的优化路径、并沿此优化路径正确转发数据包等两个方面的功能。WSN协议与其他网络协议的比较：（1）Adhoc、无线局域网等传统无线网络的首要目标是提供高服务质量和公平高效地利用网络带宽，这些网络路由协议的主要任务是寻找源节点到目的节点间的通信延迟小的路径，同时提高整个网络的利用率，避免产生通信堵塞并均衡网络流量等。能量消耗问题不是这类网络考虑的重点。第3章路由协议（2）WSNs路由协议有其固有的特点。◆以节约能源为主要目标，高效利用能量，延长网络寿命。传感器节点数量较大，不可能建立全局地址，节点只能获取局部拓扑结构信息，路由协议要能在局部网络信息的基础上选择合适的路径。◆传感器网络具有很强的应用相关性，不同应用中的路由协议可能差别很大，没有一个通用的路由协议。◆传感器网络以数据为中心，所关注是检测区域的感知数据，而不是具体哪个节点获取的信息，因此，传感器网络通常包含多个传感器节点到少数汇聚节点的数据流，需要以数据为中心形成消息的转发路径。◆节点间的数据冗余度高，传感器网络的路由机制还经常与数据融合技术联系在一起，要路由协议需要具有良好的数据汇聚能力，通过减少通信量而节省能量。在多数应用中，除了少数节点移动外，一般节点在部署后保持固定。

第3章路由协议常规路由协议不适合WSN。WSNs路由协议面临的新问题和挑战如下：（1）节点没有统一的标志——由于WSNs中节点数目巨大，WSNs节点没有统一的标志，节点间采用广播式的通信方式进行数据交换。（2）能量受限——WSNs的一个重要特征就是能量受限。因此，WSNs协议必须以节约能源为主要目标并尽可能延长网络存活时间。（3）面向特定应用——在WSNs中，传感器节点和物理环境交互密切，WSNs的通信构架及其所采用的路由协议都是针对每个特定的应用而设计的。（4）频繁变化的拓扑结构——在WSNs中，网络拓扑会因为节点损坏而变化频繁。路由协议必须要适应WSNs频繁变化的拓扑结构。第3章路由协议（5）容错性——传感器节点容易失效，因此路由协议必须具备良好的容错性，以便形成新的链路。（6）可扩展性——传感器节点一般成百上千，路由协议应该具有可扩展性来适应相应的应用环境。（7）连通性——由于网络节点失效，很难预测网络拓扑和大小的变化，路由协议必须保证节点的连通性。（8）数据融合——传感器节点产生的数据具有较大的冗余度，因此路由协议必须能进行数据融合，以便节省能量有效和使数据传输最优化。（9）服务质量(QoS)——许多应用中如视频应用，需要路由协议提供满足要求的服务质量。（10）安全机制——路由协议极易受到安全威胁，因此必须考虑安全机制，尤其在军事应用中。第3章路由协议对传感器网络路由机制的要求：（1）能量高效。不仅要选择能量消耗小的消息传输路径，而且要从整个网络的角度考虑，选择整个网络能量均衡消耗的路由。考虑资源有限，要求路由机制要能够简单而且高效地实现信息传输。衡量传感器网络路由性能的一个重要指标，就是合理地使用网络中各个传感器网络节点的有限能量，使得网络保持连通性的时间更长的能力。（2）可扩展性。检测区域范围或节点密度不同，会造成网络规模大小不同；节点失败、加入及移动等，会使拓扑结构动态变化。这要求路由机制有可扩展性，能适应网络结构的变化。第3章路由协议

（3）鲁棒性。能量用尽或环境因素造成的传感器网络节点的失败，周围环境影响无线链路的通信质量以及无线链路本身的缺点等，这些WSN的不可靠特性要求路由机制具有一定的容错能力。（4）快速收敛性。传感器网络的拓扑结构动态变化，节点能量和通信带宽等资源有限，因此要求路由机制能够快速收敛，以适应网络拓扑的动态变化，减少通信协议开销，提高消息传输的效率。第3章路由协议3.2路由协议分类分类方法多种多样。同一协议可分属不同类型。(1)根据传输过程中采用路径的多少，分为单路径和多路径路由协议。单路径路由节约存储空间，数据通信量少；多路径路由容错性强，健壮性好，且可从众多路由中选择最优路由。(2)根据节点在路由过程中是否有层次结构、作用是否有差异，可分为平面路由协议和层次路由协议。平面路由简单，健壮性好，但建立、维护路由的开销大，数据传输跳数多，适合小规模网络；层次路由扩展性好，适合大规模网络，但簇的维护开销大，且簇头是路由的关键节点，其失效将导致路由失败。(3)根据路由建立时机与数据发送的关系，可分为主动路由协议、按需路由协议和混合路由协议。主动路由建立、维护路由的开销大，资源要求高；按需路由在传输前需计算路由，时延大；混合路由则综合利用这两种方式。第3章路由协议(4)根据是否以地理位置来标识目的地、路由计算中是否利用地理位置信息，可分为基于位置的路由协议和非基于位置的路由协议。许多应用需要知道突发事件的地理位置，这是基于位置的路由协议的应用基础，但需要GPS定位系统或者其他定位方法协助节点计算位置信息。(5)根据是否以数据来标识目的地，可分为基于数据的路由协议和非基于数据的路由协议。许多应用要求查询或上报具有某种类型的数据，这是基于数据的路由协议的应用基础，但需要分类机制对数据类型进行命名。(6)根据节点是否编址、是否以地址标识目的地，可分为基于地址的路由协议和非基于地址的路由协议。基于地址的路由在传统路由协议中较常见，而在WSNs中一般不单独使用而与其他策略结合使用。(7)根据路由选择是否考虑QoS约束，可分为保证QoS的路由协议和不保证QoS的路由协议。保证QoS的路由协议是指在路由建立时，考虑时延、丢包率等QoS参数，从众多可行路由中选择一条最适合QoS应用要求的路由。第3章路由协议(8)根据数据在传输过程中是否进行聚合处理，可分为数据聚合的路由协议和非数据聚合的路由协议。数据聚合减少通信量，但需时间同步技术的支持，并使传输时延增加。(9)根据路由是否由源节点指定，可分为源站路由协议和非源站路由协议。源站路由协议节点无须建立、维护路由信息，节约存储空间，通信开销少。但如果网络规模较大，数据包头的路由信息开销也大，而且如果网络拓扑变化频繁，将导致路由失败。(10)根据路由建立时机是否与查询有关，可分为查询驱动的路由协议和非查询驱动的路由协议。查询驱动的路由协议能够节约节点存储空间，但数据时延较大，且不适合环境监测等需紧急上报的应用。第3章路由协议表3-1无线传感器网络路由协议分类第3章路由协议3.3典型路由协议分析

相对于传统无线通信网络研究的重点放在无线通信的服务质量（QoS）而言，WSN路由协议的研究重点是放在如何提高能量效率上。3.3.1平面路由协议所有节点地位是平等，不存在等级和层次的差异。通过局部操作和信息反馈来生成路由，原则上不存在瓶颈问题。优点：简单、具有较好的健壮性。缺点：可扩展性差。需要维持路由表，在大规模网络中会消耗节点大量的存储空间，同时由于发送信息中包含了路由信息，会引起网络中通信负担的加重。第3章路由协议1．Flooding协议及Gossiping协议[6]最为经典和简单的传统网络路由协议。（1）Flooding（泛洪）协议节点产生或收到数据后向所有邻节点广播，直到数据包过期或到达目的地。不进行维护网络拓扑和相关路由算法，效率不高。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。盲目利用资源----节点不考虑自身资源限制，在任何情况下都转发数据。（2）Gossiping（闲聊）协议对Flooding协议的改进，节点将产生或收到的数据随机转发，而非广播。优点：避免了以广播引起的的能量消耗，一定程度上解决了“内爆”。缺点：增加了传输平均时延，传输速度变慢。也无法解决部分交叠现象和盲目利用资源问题。第3章路由协议2．DD路由协议[7]DD(directeddiffusion，定向扩散)协议是以数据为中心的路由算法，是一种基于查询的路由机制。整个过程可以分为兴趣扩散、梯度建立以及路径加强三个阶段。(1)为建立路由，sink点向网络中Flooding（包含属性列表、上报间隔、持续时间、地理区域等）信息的查询请求Interest(该过程本质上是设置一个监测任务)。(2)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。(3)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。第3章路由协议优点：健壮性好；使用数据聚合能减少数据通信量；sink点根据实际情况采取增强或减弱方式能有效利用能量；使用查询驱动机制按需建立路由，避免了保存全网信息。缺点：gradient的建立开销很大，不适合多sink点网络；数据聚合过程采用时间同步技术，在传感器网络中不容易实现。仿真表明：DD路由协议具有较好的节能性，适用于在传感器节点接收到数据请求后，较长时间内需要连续向sink节点传送数据的场合。不适用于收到请求后只发一次少量数据的场合。因为DD算法建立梯度需要花费较大的代价（如环境监测等应用）。第3章路由协议3．Rumor协议[8]该协议借鉴了欧氏平面图上任意两条曲线交叉几率很大的思想。节点监测到事件后将其保存，并创建称为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中增加其已知的事件信息。Sink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可Flooding查询请求。优点：避免了大量扩散，显著节省能量，适用于数据传输量较小的情况。缺点：如果网络拓扑结构频繁变动，性能会大幅下降。仿真表明：在多sink点、查询请求数目很大、网络事件很少的情况下，Rumor协议能显著地降低路由开销，节约能量。对事件数较多的情况，维护事件表和处理代理的开销会急剧增长。同时，由于路由使用随机的方式生成路径，数据传输的路径不是最优路径，并且可能存在路由环路问题。第3章路由协议4．SPIN协议[9]SPIN(sensorprotocolforinformationvianegotiation)路由算法是一种以数据为中心的自适应通信路由协议。节点仅广播采集数据的属性描述信息（元数据meta-data）而不是数据本身，当有相应的请求时，才有目的地发送数据信息。其目标是通过使用节点间的协商制度和资源自适应机制，解决传统泛洪法（Flooding）存在的不足之处。在SPIN算法中，假设所有的传感器节点均可能是希望获得数据的sink，每个传感器节点知道自己是否需要数据或是否在数据源到sink的路径上。传感器节点在发送数据前先进行协商，仅将数据发送到需要的相邻节点。这种协商制度可以确保有效的数据传输。优点：元数据小于采集的数据，消耗的能量相对较少。每节点随时检查可用的能量状况。低能量水平时，中断一些操作（如停止数据转发操作）。第3章路由协议SPIN协议中使用三种类型的消息：（1）ADV，用于新数据广播。当一个传感器节点有数据需要传输时，使用ADV数据包(包括元数据)对外广播。（2）REQ，用于请求发送数据。当一个传感器节点希望接收DATA数据包时，便发送REQ。（3）DATA，包含了元数据头、传感器节点采集数据的数据包。在发送DATA数据包之前，传感器节点首先对外广播ADV消息。如果一个邻近节点在收到ADV后希望接收该DATA数据包，那么它向该节点发送一个REQ；接着该节点向它发送DATA数据包。类似的过程继续下去，DATA数据包就会被传输到远方sink。第3章路由协议优点：◆元数据的传输耗能相对较少；◆只广播其他节点没有的数据，减少了能耗；◆不维护邻居节点信息，适应节点移动的情况。缺点：

◆健壮性差，会出现“数据盲点”，扩展受限。◆如果sink对网络中的多个事件感兴趣，sink周围的节点能量会很快耗尽，不适用于高密度节点分布的情况；◆数据会在整个网络中传输。SPIN协议工作流程第3章路由协议SPIN家族的协议有很多，主要的两个协议是SPIN-1和SPIN-2。SPIN-1协议就是前面阐述的基本三次握手协商机制。扩展的SPIN-2协议是基于预设值资源提醒机制协议。◆当资源充足时，SPIN-2使用的是三次握手协商机制；◆当资源低于某个预设值时，它将减少参与数据发送的次数。其他SPIN家族协议：（1）SPIN-PP，用于点对点的通信，如hop-by-hop路由；（2）SPIN-EC，在SPIN-PP的基础上考虑了节点的功耗，当能量不低于设定阈值的节点时才参与数据交换；（3）SPIN-BC，设计了广播信道，使所有在有效半径内的节点可以同时完成数据交换；（4）SPIN-RL，是对SPIN-BC的完善，主要考虑如何恢复无线链路引入的分组差错与丢失。第3章路由协议5．EAR协议[10]EAR(energyawarerouting)协议是一个反应式路由协议，主要目的是用于延长网络的生存时间。协议操作的三个主要阶段：（1)协议初始化。sink点发起。初始化报文携带了路径代价信息，每一个转发初始化报文的节点都将本节点的代价加入到路径的总代价中。这样每个节点均能建立一条或多条到sink节点的路由，并且知道每条路由的代价。（2)数据传输。节点向sink点传送数据时，可从多条路径中按某种概率选取一条。代价越大的路径，转发的概率越小。（3)路由维护。通过局部的泛洪来更新路径代价。如果节点的能量低于某个门限，可以使这条路径失效。第3章路由协议◆EAR路由协议类似于DD协议，但它维护多条路径而不是强迫使用一个最优化路径。它通过一定的概率选择路径并维护它们，概率值的确定依赖于每条路径的能量情况。◆这样可以防止过分依赖某条路径而导致该路径能量消耗过大。仿真结果表明，该协议相比DD协议可以使网络寿命延长44%；◆缺点是需要收集位置信息并建立编址机制，增加了路由建立的复杂度和开销。

第3章路由协议6．GBR协议[11]GBR(gradientbasedrouting)路由协议是DD协议的一种改进路由算法，目的是使数据报文传输的总跳数最小。基本思想：（1）当DD协议中的兴趣消息扩散到整个网络时，节点需要记录到sink节点的最小跳数，将这个跳数作为节点的height；（2）邻居节点之间的height差就是链路的梯度。当数据报文发往sink节点时，沿着梯度最大的方向传送。GBR使用诸如数据融合、负载均衡等技术，以获得均匀的网络负载。当多条路径都要通过同一个节点时，该节点就成为一个关键节点。关键节点的数据分发技术：（1）随机机制。当有多个链路的梯度相同时，节点随机选择一个梯度方向发送。（2）基于能量的机制。当一个节点的能量低于某个门限时，该节点增加它的梯度。这样，节点就能减少中继的数据量。（3）基于流的机制。当一条路径正在为其他数据流服务时，新增加的数据流用另外一条路径传输，从而使各条路径流量均衡。仿真结果表明，GBR协议可以均衡网络负载、延长网络寿命；但GBR协议同样增加了路由建立的复杂度。第3章路由协议7．HREEMR协议[12]HREEMR(highly-resilient，energy-efficientmulti-pathrouting)与Rumor协议的不同之处在于它利用多路径(multi-path)技术实现了能源有效的故障恢复，并解决了DD协议为提高协议的健壮性，采用周期低速率扩散数据而带来的能源浪费问题。采用与DD相同的本地化算法建立source与sink间的最优路径p。为保障p发生失效时协议仍能正常运行，构建多条与p不相交的冗余路径，一旦发生失效现象，即可启用冗余路径进行通信。第3章路由协议8．SMECN协议[13]SMECN(smallminimumenergycommunicationnetwork)协议是节点定位的路由协议，它是在针对Adhoc网络设计的MECN协议基础上进行改进的。该协议通过构建具有ME(最小能量)属性的子图来降低传输数据所消耗的能量，从而更好地满足了WSNs对节能性的需求。仿真结果显示，在广播范围能够达到环绕着广播机区域内的所有节点的情况下，SMECN构建的子图小于MECN构建的子图，在拓扑变化不太频繁的传感器网络中能够很好地应用。第3章路由协议9．GEM协议[14]GEM(graphembedding)路由协议是一种适用于数据中心存储(data-centricstorage)方式的基于位置的路由协议。基本思想：建立一个虚拟极坐标系统，用来表示实际的网络拓扑结构。网络中的节点形成一个以汇聚节点为根的带环树(ringedtree)。每个节点用树根的跳数和角度范围来表示。整个网络形成一个树状的拓扑结构，越靠近树根的节点，对网络整体的结构就了解越多。当一个节点不知道目的节点的路由时，就将数据报文向根的方向传送，直到某个节点知道了到目的节点的路由。由于大部分数据都是发送到树根的，这种树状结构能很好地应用于传感器网络中。GEM带环树的建立由汇聚点发起，通过逐步扩散从而建立覆盖整个网络的拓扑树。它不依赖节点的精确位置信息，将网络的实际拓扑映射到一个易于进行路由处理的逻辑拓扑中。缺点：当网络中节点位置改变引起网络拓扑变化时，树的调整比较复杂。因此GEM适应于拓扑结构相对稳定的传感器网络。第3章路由协议10．SCBR协议[15]一般基于地理位置信息的路由协议均要求每个节点具备感知位置信息的能力，这在传感器网络中往往无法实现。SCBR(scalablecoordinate-basedrouting)路由算法只需少数节点具有精确位置信息即可进行正确路由的定位路由机制。SCBR基本思想:通过少数能够得到精确位置信息的节点(称为信标点)来确定一个全局的坐标系。通过迭代算法计算其他节点在这个坐标系中的位置；当所有节点的坐标位置确定之后，就可以使用贪婪算法选择合适的路由。协议的关键部分:利用信标节点建立坐标系以及确定其他节点在坐标系中的位置。SCBR提到在三种情况下确定节点位置的算法：（1）网络实际边界上的节点都是信标节点；（2）使用两个信标节点；（3）使用一个信标节点的情况。信标点越少，计算越复杂。优点：只需要知道少数节点精确位置，对传感器节点要求低，网络成本低。缺点：为了确定全局坐标系和节点在坐标系中的位置，节点需要交换大量信息，通信开销大；同时使用迭代算法，节点的计算开销也大。第3章路由协议11．SAR协议[16]SAR(sequentialassignmentrouting)协议是第一个具有QoS的路由协议。SAR通过构建以sink的单跳邻居节点为根节点的多播树实现传感器节点到sink的多跳路径。特点：路由决策不仅要考虑到每条路径的能源，还涉及到端到端的延迟需求和待发送数据包的优先级。仿真结果显示，与只考虑路径能量消耗的最小能量度量协议相比，SAR的能量消耗较少。该算法的缺点是不适用于大型的和拓扑频繁变化的网络。第3章路由协议3.3.2层次路由协议在层次型结构的网络中，具有某种关联的网络节点组成簇。在簇内，通常有一个按一定规则选举产生的，被称为簇头(clusterhead)的节点。除了簇头节点外，一般节点成员(clustermember)的功能较简单，无须维护复杂的路由信息。设计思想：将所有节点划分为若干簇，每个簇按照一定规则来选举一个簇头。各个节点采集的数据在簇头节点进行融合，再由簇头节点与Sink节点进行通信。第3章路由协议层次化路由机制优点：（1)簇头融合了成员节点的数据之后再进行转发，减少了数据通信量，从而节省了网络能量。（2)成员节点大部分时间可以关闭通信模块，由簇头构成一个更上一层的连通网络来负责数据的长距离路由转发。这样既保证了原有覆盖范围内的数据通信，也在很大程度上节省了网络能量。（3)成员节点的功能比较简单，无须维护复杂的路由信息，这大大减少了网络中路由控制信息的数量，减少了通信量。（4)分簇拓扑结构便于管理，有利于分布式算法的应用，可以对系统变化作出快速反应，具有较好的可扩展性，适合大规模网络。（5)与平面路由相比，更容易克服传感器节点移动带来的问题。缺点：簇头节点容易成为网络的瓶颈，因此要求路由算法具有一定的容错性；同时簇的负载均衡也是分布式成簇的一大挑战。第3章路由协议1．LEACH协议[17]LEACH（LOW-EnergyAdaptiveClusteringHierarchy）是一种WSN的低功耗自适应聚类路由算法。基本思想：通过等概率地随机循环选择簇头，将整个网络的能量负载平均分配到每个传感器节点，从而达到降低网络能量耗费、延长网络生命周期的目的。三个阶段：簇头的产生、簇的形成和簇的路由。在簇的形成阶段，随机选择一个节点作为簇头，相邻节点动态地形成簇；簇形成后进入稳定工作阶段（簇的路由），簇头开始接收簇内各节点采集的数据，然后采用数据融合技术进行处理，将整合后的数据传输给汇聚节点。随机性选择簇头确保簇头与基站之间数据传输的高能耗成本均匀地分摊到所有传感器网络节点上。第3章路由协议簇头节点选择依据：式中：n为网络中传感器网络节点；p为簇头在所有节点中所占的百分比；r为选举的轮数；表示这一轮循环中当选过簇头的节点个数；G为这一轮循环中未当选过簇头的节点的集合。第3章路由协议LEACH的执行过程是周期性的。每轮循环的基本过程：在簇的建立阶段，每个节点选取一个介于0与1之间的随机数，如果这个数小于某个阈值，该节点成为簇头。式（3-1）表明：只有那些以前的轮回中没有做过簇头的节点、能量消耗较少的节点才能够成为当前轮回的簇头节点。如果节点已经当选过簇头节点，则将阀值设为0，这个节点将不再参与簇头的选择。而对于未当选过簇头的节点，则根据概率当选。节点当选簇头后向所有节点广播自己成为簇头的消息。每个节点根据接收到广播信号的强弱来决定加入哪个簇，并回复该簇簇头。当簇头接收到所有的加入信息后，就产生一个TDMA消息，通知本簇内所有节点的工作时间。这样，在数据传输阶段，簇内的所有节点按照TDMA(时分复用)时隙向簇头发送数据。簇头将数据融合之后把结果发给基站。在持续工作一段时间之后，网络重新进入启动阶段，进行下一轮的簇头选取并重新建立簇。第3章路由协议为了节省资源开销，LEACH稳定阶段的持续时间要长于建立阶段的持续时间。缺点：随机选举簇头方式可避免簇头过分消耗能量，提高了网络生存时间；数据聚合能有效减少通信量。但协议层次化的目的在于数据聚合，仍采用一跳通信，虽然传输时延小，但要求节点具有较大功率通信能力，扩展性差，不适合大规模网络；即使在小规模网络中，离sink点较远的节点由于采用大功率通信也会导致生存时间较短；频繁选举簇头引发的通信量耗费了能量。第3章路由协议2．PEGASIS协议[18]PEGASIS(power-efficientgatheringinsensorinformationsystems)并不是严格意义上的分簇路由协议，但它借鉴了LEACH中分簇算法的思想。要求:每个节点都知道网络中其他节点的位置，通过贪婪算法选择最近的邻节点形成链。动态选举簇头的方法:设网络中N个节点都用1-N的自然数编号，第j轮选取的簇头是第i个节点，i=jmodN(i为0时，取N)。簇头与sink点一跳通信，利用令牌控制链两端数据沿链传送到簇头本身，在传送过程中可聚合数据。当链两端数据都传送完成时，开始新一轮选举与传输。

第3章路由协议优点：通过避免LEACH协议频繁选举簇头带来的通信开销以及自身有效的链式数据聚合，极大地减少了数据传输次数和通信量；节点采用小功率与最近距离邻节点通信，形成多跳通信方式，有效地利用了能量，与LEACH协议相比能大幅提高网络生存时间。缺点：单簇方法使得簇头成为关键点，其失效会导致路由失败；要求节点都具有与sink点通信的能力；如果链过长，数据传输时延将会增大，不适合实时应用；成链算法要求节点知道其他节点位置，开销非常大。第3章路由协议3．TEEN协议[19]TEEN(thresholdsensitiveenergyefficientsensornetworkprotocol)采用类似LEACH的分簇算法，只是在数据传送阶段使用不同的策略。根据数据传输模式的不同，通常可以简单地把WSNs分为主动型(proactive)和响应型(reactive)两种类型。主动型WSNs持续监测周围环境，并以恒定速率发送监测数据；而响应型WSNs只是在被监测对象发生突变时才传送监测数据。TEEN的具体做法是在协议中设置了硬、软两个阈值，以减少发送数据的次数。在每轮簇头轮换时将两个阈值广播出去。当监测数据第一次超过设置的硬阈值时，节点把这次数据设为新的硬阈值，并在接下来的时隙内发送它。之后，只有监测数据超过硬阈值并且监测数据的变化幅度大于软阈值时，节点才会传送最新的监测数据，并将它设为新的硬阈值。第3章路由协议通过调节两个阈值的大小，可以在精度要求与系统能耗之间取得合理的平衡。对些突发事件和热点地区的监控中，减少网络通信量。优点：比LEACH更有效。缺点：（1）如果阈值不能达到，节点不会传送任何数据；（2）数据一旦符合阈值要求，节点立即传送，容易造成信号干扰，如果采用TDMA，则会造成数据延迟。改进措施：采用ARTEEN。ARTEEN是一种混合式的路由协议，平时采用与TEEN协议一样的工作方式，但是如果超过一定的时间节点没有发送任何数据，则强制要求节点传送一次数据。其主要缺点是增加了协议的复杂度，需要一个软、硬门限值和定时。第3章路由协议4．GAF协议[20]基于位置信息的能量感知路由协议。最初应用在Adhoc网络中，但对于很多传感器网络同样适用。协议基本思想：将网络区域划分成很多小区，每个小区内的节点相互协作，一部分节点保持正常工作状态，完成数据收集和转发等任务；另一部分节点可以处于睡眠状态以节省能量，延长网络整体寿命。小区内处于正常工作的节点就相当于簇首。缺点：每个节点都需要通过GPS得到自己的地理信息，这大大增加了节点的成本和复杂度，不适用于很多场合。第3章路由协议5．GEAR协议[21]GEAR(geographicandenergyawarerouting)与GAF协议一样基于位置信息的能量感知路由，并将整体网络按地理区域划分成多个小区域。GEAR路由机制根据事件区域的地理位置信息，建立汇聚节点到事件区域的优化路径，避免了洪泛传播方式，从而减少了路由建立的开销。GEAR路由假设已知事件区域的位置信息，每个节点知道自己的位置信息和剩余能量信息，并通过一个简单的Hello消息交换机制知道所有邻居节点的位置信息和剩余能量信息。GEAR适用于节点移动较少的网络场合。核心思想：将定向扩散协议的兴趣消息限制在一定的区域，而不是在全网广播。第3章路由协议6．SPAN协议[22]基于位置的路由协议。根据各个节点的地理位置，从中选取出一些协调点。协调点将组成一个骨干网；传感器节点收集的信息沿着协调点组成的骨干网传送到sink点。协调点选取的基本原则：如果其两个邻居节点不能直接通信，并且通过现有的一个或两个协调点依然无法连接通信，那么这个节点将成为协调点。SPAN协议中，协调点需要保存两跳或三跳范围内的节点信息，因此协调点并不需要直接相连。第3章路由协议7．SOP[23]SOP(self-organizationprotocol)将网络中的节点分成两类，即传感器节点和路由节点。传感器节点可移动，路由节点不能移动。路由节点形成主干网，传感器节点收集的数据经过路由节点到达sink点；每个传感器应该能够到达一个路由器。路由节点之间构成一个树状拓扑，从而与sink相连接。传感器节点仅仅与最近的路由节点保持连接。协议操作的四个阶段：(1)发现阶段———发现自己的邻居节点。(2)自组织阶段———形成分簇结构，计算簇内和簇首到sink间的路由，形成树状结构。(3)维护阶段———维护传感器节点移动和链路断开以后的拓扑变化。(4)重组阶段———当