无线传感器网络基于分簇的路由协议概述

　　WSN（Wireless Sensor Network）是由部署在检测区域内的成百上千个低成本、低功耗、小尺寸、多功能的传感器节点组成，通过无线通信方式形成的单跳或多跳的自组织网络系统，其目的是感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，并发送给观察者。WSN被广泛地应用于军事、商业、医疗救护和环境监测等多方面。

　　根据节点的拓扑结构可以分为平面路由协议和层次路由协议［1］。

　　平面路由协议简单，健壮性很好，但它的可扩展性很差。层次路由协议一般分为初始化阶段和数据传输阶段。算法不同，而当选的簇头可能不同，而数据传输的过程基本一致。

　　1 均匀分簇路由协议——LEACH协议

　　在初始化阶段［2-3］，每个节点产生一个0~1之间的随机数，如果小于阈值［2-3］，则此节点便是簇头，它就会向周围节点广播它是簇头的消息。根据接收信号的强度，普通节点选择其要加入的簇，并告知相应的簇头，此时所有的簇头都必须处于接收状态。当簇头接收到所有的加入信息后，就产生TDMA消息，通知本簇内所有节点的工作时间。

　　在数据传输阶段［2］，普通节点按照TDMA［4］时隙向簇头发送数据。簇头把接收到的数据融合之后再转发给sink。一段时间后，重新选择簇头。

　　该协议随机选举簇头避免了簇头能量过早消耗完，延长了网络的生存时间，但数据传送是采用单跳的方式，使得距sink较远的簇头花费能量很大，导致生存时间变短；频繁地选举簇头也会消耗能量。为了节省资源开销，数据传输阶段的时间要长于初始化阶段的时间。

　　2 非均匀分簇路由协议

　　2.1 EEUC协议

　　在初始化阶段，sink向全网广播一个信号，节点根据接收信号的强度计算它到sink的距离。根据预先设置的概率阈值［5］，选出部分节点成为候选簇头参与竞争，未参与竞争的节点进入睡眠状态，直到竞选过程结束。Si为任一候选簇头，它到sink的距离为它的竞争半径［6］，若Si获胜，则在竞争半径内所有的候选簇头均要退出竞选。候选簇头的竞争半径随着簇头到sink距离的减小而减小。

　　在数据传输阶段，普通节点将收集到的数据传送给簇头，簇头进行处理之后将数据以多跳的方式传送到sink。

　　2.2 DEBUC协议

　　该协议采用基于时间的簇头竞争算法。广播时间取决于候选簇头的剩余能量和其邻居节点的剩余能量。距sink较近的候选簇头竞争范围较小，这样这些簇头在簇内通信中消耗的能量较少，节省下来的能量用于簇间的数据转发。在数据传输阶段，采用簇间多跳路由协议。

　　初始化阶段，普通节点根据接收到sink发出信号的强弱计算其与sink的大概距离。首先设置一个门限值以控制候选簇头的比例，同时也为每个候选簇头设置一个竞争半径［7］，候选簇头的竞争半径正比于它与sink的距离。

　　候选簇头广播消息，而普通节点休眠，接收到消息的候选簇头更新其邻居节点信息表，候选簇头依据自身的时间进度广播FINAL_HEAD_MSG［7］消息，宣布自己成为簇头。簇头选择完成后，普通节点退出休眠，簇头广播消息，普通节点根据接收信息的强弱加入最近的簇头，并通知簇头，中继节点不具有数据融合的能力。首先簇头广播一条消息，如果邻居簇头到sink的距离较小，则簇头计算与邻居簇头的大概距离，并建立一个邻居簇头信息表；簇头运用贪婪算法在其邻居簇头集合中选择其中继节点，如果簇头的中继节点是本身，则直接发送数据到sink，否则簇头发送数据至中继节点；当每个簇头都找到中继节点，则簇间多跳路由建立。

　　在数据传输阶段，簇头先对接收到的数据进行融合处理，然后将处理结果发送到sink。

　　随着簇头能量的减少，非均匀分簇路由协议的竞争半径逐渐减小，这就需要重新成簇，能量减少的越多，成簇的簇数就越多，所以在成簇的过程中，就需要消耗更多的能量，有的节点在成簇的过程中，会把剩余的能量消耗完。

　　3 PEGASIS协议

　　PEGASIS协议假定所有节点都具有网络拓扑的全局知识，在建链阶段［8-10］，首先从距离sink最远的节点开始建链，这个节点根据贪婪算法寻找距自己最近的节点加入链，以此类推，所有的节点都按照这种方法加入链。在数据通信阶段［8-9］，链上的每个节点只与自己的邻居节点通信，将收到的数据与自身数据融合后传输给下一跳的邻居节点，一直传送到链首节点，最后由链首节点将数据传送给sink。

　　通过对以上典型路由算法的分析，可以发现仍然存在以下问题：

　　（1）在分簇阶段，仍然要浪费能量用来建立簇。

　　（2）许多协议都假设传感器节点和sink不动，一旦传感器节点动起来，这些协议就很有可能不再成立。

（3）