1引言
对于无线传感网络，业界的定义不一，但实质基本相同。按哈尔滨工业大学的李建中教授的定义，无线传感网络（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｓｅｎｓｏｒ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ，ＷＳＮ）是由一组传感器节点以自组织的方式构成的无线网络，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖的地理区域中感知对象的信息，并发布给观察者［１］。无线传感器网络是由多个带有传感器、数据处理单元及通信模块的节点组成的，这些节点要根据不同的数据采集任务需求按自组织的方式构成网络，这就需要有安全可靠的路由协议来支撑。而由于目前对ＷＳＮ的应用尚处于实践阶段，关键技术还不很成熟，因此，国内外对于ＷＳＮ的路由协议技术投入了大量的研究。本文就其中几种具有代表性的路由协议算法进行分析和比较，旨在为实际选择应用提供参考。
2几种典型WSN 路由协议
路由协议是ＷＳＮ中重要的组成部分，常见的路由协议有：泛洪（Ｆｌｏｏｄｉｎｇ）算法和闲聊（Ｇｏｓｓｉｐｉｎｇ）算法、ＳＰＩＮ协议、Ｄ Ｄ协议、ＳＡＲ协议、ＬＥＡＣＨ协议、ＴＥＥＮ协议、ＰＥＧＡＳＩＳ协议、Ｒａｎｄｏｍ
无线传感网络路由协议的研究现状与发展
林初善 廖晓闽 王春阳 赵峰 西安通信学院光通信研究室 ７１０１０６
Ｗａｌｋｉｎｇ协议、ＧＥＡＲ协议等等，其中ＬＥＡＣＨ （ｌｏｗ－ｅｎｅｒｇｙ ａｄａｐｔｉｖｅ ｃｌｕｓｔｅｒｉｎｇｈｉｅｒａｒｃｈｙ）协议是无线传感器网络中最早的分级路由协议之一，它是第一个提出分簇式路由协议，其后的分簇路由协议（如ＴＥＥＮ、ＰＥＧＡＳＩＳ等）大部分都是在它的基础上发展而来。而最经典的ＡＯＤＶ（Ａｄ ｈｏｃ ｏｎ Ｄｅｍａｎｄ ＤｉｓｔａｎｃｅＶｅｃｔｏｒ）协议是一种按需距离向量的路由协议，在地面上的应用已经很成熟。
目前国内外对ＷＳＮ路由协议的研究方兴未艾，主要有Ｗｕ Ｄｉ等人提出的一种类似ＡＯＤＶ协议的ＢＲＩＴ（Ｂｏｕｎｃｅ
Ｒｏｕｔｉｎｇ ｉｎ Ｔｕｎｎｅｌｓ）新路由算法［２］
；ＬｉＨａｏ等人提出的基于簇单元拓扑的无线路由协议ＲＧＡＦ（Ｒｅｌｉａｂｌｅ Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃａｌ
Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｆｉｄｅｌｉｔｙ）［３］
；香港科技大学ＬｉＭａｏ等人提出的结构感知自适应的路由算法［４］；童敏明等人提出的一种基于位置信息和网络梯度的贪婪型路由算法［５］；陈祖爵等人提出的基于距离有效性的层次路由协议［６］；周宁提出的基于ＲＳＳＩ的机会主义路由算法［７］等等。
２．１贪婪算法路由协议
在贪婪路由协议中，节点依据本节点、所有邻居节点和目的节点的位置信息按照贪婪转发策略把数据分组转发至离目的节点更近的一个邻居节点，直到目的节点。这种路由协议具有以下两个缺点：一是在周期性信标交换条件下采用贪婪
转发策略会引起通信暂盲现象，造成大量数据的丢失；二是对路由空洞的形状不能进行感知。针对这两个缺陷，众多学者对贪婪算法进行了改进，例如：通过减少信标交换周期和使用不同的转发策略
来减少通信暂盲现象［８，９］
；通过空洞处理算法来应对空洞，使算法收敛［１０，１１］。但是
这些改进的算法都存在一定的局限性，有的是过多地引入了数据传输时延，有的则降低了预测准确性或造成能量的过多消耗，都不能从根本上解决贪婪算法的两个缺陷。
针对上述问题，国防科学技术大学张衡阳等人提出了一种实时可靠的ＱｏＳ贪婪地理路由协议［１２］。该协议通过自适应信标交换算法、基于过渡带思想的贪婪转发策略和基于路标迭代提取和剔除的自适应空洞处理算法，克服了贪婪算法的两个缺陷，使得数据分组能够实时可靠地传输。仿真结果表明该协议在不增加控制开销的情况下，能够有效减缓通信暂盲现象，高效地处理路由空洞问题，大大提高数据传送成功率，提高协议的实时性和可靠性，可应用于对实时性和可靠性有一定要求的大规模移动无线传感网络。
但是，贪婪算法终究是一种局部最优算法，由它形成的链节点之间距离不均衡，会导致能量消耗的不均匀，而且它的第一个节点会快速死亡。
２．２蚁群算法路由协议
蚁群算法是受到真实的蚁群行为的启发而提出的。蚂蚁间的信息交流是通过一种叫做外激素的物质进行的。蚂蚁在运动过程中会在它经过的路径上留下这种物质，而且蚂蚁在运动过程中能够感知这种物质的存在及其强度，并以此指导自己的行动方向。因此，大量的蚂蚁行进行为就形成了一个正反馈的过程。某一条路径上走过的蚂蚁越多，则后来被选择的概率就越大。
无线传感网络中节点能量是有限的，而将蚁群算法引入无线传感路由协议，可以延长节点的生命周期，提高网络路由性能。南京航空航天大学的胡中华以及浙江大学冯跃喜等人提出用一种改进型的蚁群算法来作为无线传感网络路由协议［１３，１４］，其基本做法是首先通过蚁群算法构造一条数据传输链，选择其中能量最大节点为簇头，信息通过相邻节点传送。
仿真结果表明：该算法兼顾到节点的能量和路径消耗，较标准蚁群算法具有高效的路由选择功能，能够使网络中节点能量消耗更加均衡，从而延长网络的使用寿命。
但是，这种改进型的算法都是基于
这样一种假设［１３］
：
①所有的节点都是静止的，且位置
基金项目：某国防基金资助项目
DOI ：10.3969/j.issn.1001-8972.2010.20.054
已知。
②基站固定在离节点很远的地方。③所有节点的初时能量都是一样的，并且基站知道每个节点的剩余能量。
这种假设在实际的移动无线传感网络中几乎是不可能达到的，因此需要进一步改进其仿真研究的算法模型。
２．３机会主义算法路由协议
机会主义路由（ＯｐｐｏｒｔｕｎｉｓｔｉｃＲｏｕｔｉｎｇ）是一种后择路由，节点在转发包时不以源－目标节点间直接可达路径为基础，而是将报文广播出去后，再利用转发候选集中的最佳节点来转发报文。充分利用无线信道的广播特性，机会性的选择报文能到达的最佳节点转发，尽可能地克服动态拓扑、链路信道变化频繁等影响，从而有效提高无线网络性能［１５］。
这里涉及机会主义路由的三个概念：转发节点集、机会概率值和转发候选集。而实现机会主义路由选择的关键在于节点转发候选集的选取，而它又是由机会概率值决定的。国内外学者提出了众多建立机会概率值的方法，如基于跳数、地理位置信息、ＥＴＸ、ＥＡＸ等，但这些方法由于种种缺陷都不适合于移动传感器网络。因此霍广城、周宁等人提出了基于ＲＳＳＩ（Ｒｅｃｅｉｖｅｄ Ｓｉｇｎａｌ ＳｔｒｅｎｇｔｈＩｎｄｉｃａｔｏｒ）的机会主义路由算法［７，１６］。
基于ＲＳＳＩ的机会主义路由是针对移动无线传感网提出的一种结合节点移动向量和接收信号强度指示值ＲＳＳＩ信息的机会主义路由，其主要思想是利用Ｓｉｎｋ节点Ｂｅａｃｏｎ报文的ＲＳＳＩ信息建立并更新机会概率值，使用报文广播后所能到达的具有最大机会概率值的最佳节点进行存储转发，完成移动无线传感网信息收集。基于ＲＳＳＩ的机会主义路由是一种良好的后择路由，与传统Ｔｉｎｙ ＡＯＤＶ路由相比，更适合于移动的、非稠密的无线传感网络，具有报文成功传输率高、网络有效吞吐量大以及能耗低等优点。
3 WSN 路由协议的发展趋势
随着技术的更新，ＷＳＮ无疑将向微型化、低耗能及数字化方向发展，而作为ＷＳＮ的重要组成部分的路由协议也应该适应这种发展趋势。
（１）节能。由于ＷＳＮ节点是靠电池供电，随着节点的微型化，必须要求路由协议尽可能地做到节能。这可以通过减少节点发送不必要的控制干扰信息、数据融合、数据压缩以及采用睡眠机制
等手段来实现。
（２）平衡。安全可靠的路由协议应该尽可能地平衡节点传输的信息量，避免网络拥塞和ＱｏＳ下降。同时这也是延长ＷＳＮ生存时间的必然要求。传感网络的路由应尽可能的延长单个结点的生命周期，避免网络中的部分结点因为太多的参与数据转发过早死亡。
（３）安全。现有的ＷＳＮ尚缺乏充足的安全机制，面对种种安全威胁，节点很容易遭到多种攻击，再加上节点资源受限以及ＷＳＮ自身的特点，ＷＳＮ的安全面临严峻挑战，开发动态点对点的安全节能算法是未来传感网络路由算法的必然方向。