无线传感器网络路由协议与改进

SPIN算法并没有明确定义元数据的格式。其具体格式和应用相关，如ADV和REQ的格式可根据具体应用做详细规定。另外，当拓扑结构发生变化时，每个节点只需在局部范围内维护与其相邻的节点状态，不需全网广播，既节省能量又降低对节点运算能力的要求，这种SPIN称为SPIN-1。但SPIN-1不能保证远程数据的正确递送，如远端节点需要数据而与源节点相邻的近端节点则不需要，在转发的开始就将代表该数据的元数据丢弃，不做REQ回复，造成数据递送失败。为了解决这一问题，在SPIN-2在SPIN-1的基础上加入了能量门限机制。在递送数据前先检测相邻节点的能量，如果能量值低于某一个门限值，则认为该节点没有足够能力完成远程递送任务，将该数据转发给其他有足够能量的相邻节点。除此之外，针对不同的应用情况，SPIN的其他扩展协议，如SPIN- BC和SPIN-RL针对传感器网络这种多播网络、SPIN-PP和SPIN-EC针对传统的点对点网络都做出专门优化。
2．2 层次路由
层次路由(也称为以分簇为基础的路由)是最早产生并应用于有线网络的，满足大规模网络的高效通信。因此层次路由的概念也被引入到WSN中，用于满足传感器节点的低能耗和高效率通信。在层次路由中，高能量节点可用于数据转发、数据查询、数据融合、远程通信和全局路由维护等高耗能应用场合；低能量节点用于事件检测、目标定位和局部路由维护等低耗能应用场合。这样，将不同的应用按照节点不同的能力合理分配，使节点能充分发挥各自优势，以应付大规模网络情况，并有效提高整个网络的生存时间。层次路由主要包括两个层次的路由：一是用于选择簇头节点，二是用于路由选择。LEACH(low-energy adaptiveclustering hierarchy)是一个提出较早的基于分簇思想的WSN层次路由算法。与传统网络固定网关节点能量较充足相比，WSN中的节点能量有限，故不能用同定簇头节点作为网关。LEACH从WSN中随机选择少数节点作簇头，考虑到网络中各节点能耗的平衡性，让其他没有做过簇头的节点轮流作为簇头，使网络不会因少数节点先耗尽能量造成网络瘫痪。
LEACH算法分簇头建立和稳定状态两阶段，前者是LEACH算法实现的关键，后者是数据传输的保证。在簇头建立阶段，节点随机选择一个数值r (Or1)，如果该随机数r小于阈值T(n)，则该节点成为这一轮的一个簇头。用G表示最后的1/p轮中没有被选为簇头的节点集合，p表示簇头节点浓度(如5％)，则T(n)为：

LEACH的分簇机制可降低网络的整体能耗，延长网络生存时间；在簇内节点间采用TDMA编码，在簇头与基站间采用CDMA编码，保证信息有效传输；数据采集和簇头节点都是周期性的，网络适合监测连续变化事件。

3 结束语
阐述无线传感器网络的网络层，以路由算法作为研究主线，深入分析WSN的两种路由算法。路由算法研究主要存在以下难题：(1)在网络层或应用层进行数据融合，网络层主要依靠路由算法协调，以丢弃冗余分组，降低节点能耗和提高数据转发效率。(2)为保证数据传输的可靠性，尽量降低多路径维护的开销，算法不应太复杂。(3)对于WSN，除考虑节点静止时的情况，节点移动性也需考虑。如果不是移动跟踪节点，一般可在节点移动时关闭射频通道。(4)路由算法应处理好节点间的协调，即使在节点数量较大时也能完成正常数据转发，不会造成在短时间内失效。(5)对于节点数量较大的WSN，由于网络拓扑分布的随机性，可能出现某些关键节点能耗较多，而其他节点能耗较少，网络负载不平衡。因此，有必要用路南算法加强网络负载平衡性。(6)由于WSN的特殊性，必须考虑节点的能耗。因此，研究WSN路由算法，要尽可能降低节点能耗，以延长网络生存时间。