无线传感器网络路由协议概述

摘要：该文对无线传感器网络的路由协议进行了简要概述，总结了典型的平面路由协议和层次路由协议（分簇路由协议），重点介绍了leach路由协议和eeuc路由协议，并分析了其基本原理，最后对leach协议、leach-c协议和eeuc协议进行了模拟仿真，并对结果进行了简要分析和总结。

关键词：无线传感器网络；路由协议；leach

中图分类号：tp393 文献标识码：a 文章编号：1009-3044（2013）11-2548-03

1 概述

无线传感器网络是继承了计算机、通信和信息感知三大学科中众多科学知识的新兴领域，对无线传感器网络的认识，随着大量的相关研究而不断深入。简单来说，无线传感器网络就是由传感器节点组成的，通过无线通信方式形成的一个多跳自组织网络[1]。

路由协议解决的是数据传输问题，是无线传感器网络的核心技术之一。路由协议的性能和整个网络的性能密切相关。无线传感器网络的路由协议骑着监控网络拓扑变化，建立、维护和删除节点间路由，保证在恶劣环境中节点间信息能准确、高效和及时传递的作用。无线传感器网络节点间以ad-hoc方式进行通信，每个节点都可以充当路由器的角色，并且每个节点都具备动态搜索、定位和回复连接的能力。路由协议负责将数据分组从源节点通过网络转发到目的节点。它主要包括两个方面的功能，一是寻找源节点和目的节点间

的优化路径，二是将数据分组沿着优化路径正确地进行转发[2]。无线传感器网络的路由协议根据网络的拓扑结构的差别，可以分为平面路由协议和层次路由协议[3-4]（即分簇结构路由协议）。该文主要介绍几种常用路由协议，并对其进行仿真实验。

2 平面路由协议

在平面路由协议的无线传感器网络中，所有传感器节点的地位平等，逻辑视图是平面结构。因此不存在特殊节点，网络能耗均衡，鲁棒性好。

洪泛和闲聊（flooding and gossiping）[4]这种路由方式是最原始最传统的路由方式，不需要网络的任何拓扑信息、数据信息和路由信息，是典型的平面路由协议。在洪泛路由协议中，所有节点无差别的把自己监测到的数据信息和接收到其他节点的数据信息

转发给所有的邻居节点，该过程一直重复直到汇聚节点（sink）接收到该信息或者该数据信息的生命周期到期。该方式有明显的缺点，会产生大量冗余数据，造成内爆（implosion）和交叠（overlap）问题。闲聊方式是洪泛方式的改进版本，在洪泛过程中，并不转发给所有节点，而是随机发送给某个或某些节点。能够减轻内爆和交叠，但会降低效率。

spin（sensor protocols for information via negotiation）[5]路由协议是一种对洪泛路由协议的改进，也是平面路由协议。在转发数据之前，节点首先向所有邻居节点广播adv数据包，用于确认哪些节点需要该节点将要转发的数据，若其邻居节点需要该数

据，则回复req数据包，当原节点收到req信息时，特定地向发送req请求信息的那几个邻居节点发送data数据包，完成转发任务。该协议中，减少了数据的盲目性冗余，通过请求应答的方式传送有效数据，能够提高网络的整体效率，减少冗余。

directed diffusion 路由协议[6]是以数据为中心，基于查询的路由协议。路由过程分为兴趣（interest）请求、梯度（gradient）建立和梯度加强三个阶段。首先sink节点向全网络广播其兴趣信息，每个传感器节点根据此信息建立几条到达sink节点的数据传输梯度，根据信号强度决定梯度大小，最后选择梯度最大的路径进行数据的传输。

3 层次路由协议

层次路由协议即分簇路由协议，在层次路由协议中，引入了“簇”（cluster）的概念。即网络中节点划分为簇头和普通节点两个层次。每个普通节点隶属于某个簇，收集数据信息发送给簇头节点，每个簇即为一个小型的集群，簇头为核心节点，负责收集簇内普通节点的信息，并将其转发给sink节点。

leach（low energy adaptive clustering hierarchy）[7]协议是无线传感器网络中最早被提出来的分层路由协议，其基本思想是通过随机循环地选择簇头节点，将整个网络的能量负载平均分配到每个传感器节点中，从而降低网络的能量消耗。leach定义了“轮”（round）的概念，一轮由初始化和稳定工作两个阶段组成。在分簇阶段，传感器节点生成0-1的随机数，若随机数小于阈值t，该

节点当选簇头。阈值t计算公式为：