无线传感网路由协议（三）

一、层次路由协议

在基于层次的路由协议中，网络被划分为大小不等的簇。所谓簇，就是具有某种关联的网络节点的集合。每个簇由一个簇头和多个簇头内成员组成。在分层的簇结构网络中，低一级网络的簇头是高一级网络中的簇内成员，由最高层的簇头和汇聚节点通信。

在分簇的拓扑管理机制下，网络中的节点可以划分为簇头节点和簇内成员节点两大类。在每个簇内，根据一定的算法选取某个节点作为簇头，用于管理或控制整个簇内成员节点，协调成员节点之间的工作，负责簇内信息的收集和数据的融合处理以及簇间转发。层次路由的优点是适合大规模的传感器网络环境，可扩展性较好；但其缺点是簇头节点的可靠性和稳定性对全网性能的影响较大，信息的采集和处理也会消耗簇头节点的大量能量。

1、LEACH协议

LEACH（低功耗自适应聚类分级）协议采用层次路由算法。它定义出了轮的概念，每一轮有初始状态和稳定运行状态两种模式。初始状态用来根据算法随机选择簇头节点，同时广播自己成为簇头节点的事实，其他节点收到广播信号后通过判断信号的强弱来决定加入哪个簇，并告知簇头节点。稳定工作时，节点将信息传递给簇头节点，然后簇头节点将信息传递给汇聚节点。当一轮结束后重新选择簇头。

（1）分簇式路由协议的工作原理

分簇式路由协议的执行过程是以轮为单位的，每轮的基本循环过程是：

①簇的建立阶段。每个节点选取一个介于0和1之间的随机数，如果这个数小于某个阈值，该节点就成为簇头。然后，簇头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，并回复该簇的簇头。

②数据传输阶段。簇内的所有节点按照TDMA时隙向簇头发送数据，簇头将数据融合之后把结果发送给汇聚节点。

③重新成簇。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。

（2）LEACH协议工作原理

LEACH协议工作氛围两个阶段：簇的建立阶段和稳定阶段

1）簇的建立阶段：负责簇的形成和簇头的选举

2）稳定阶段：负责接收数据和给给簇头传输数据

（3）LEACH协议的特点

LEACH有以下优点：

①利用了将区域划分成簇、簇内本地化协调和控制的形式有效的进行了数据收集。

②独特的选簇算法，保证簇头位置的随机轮换，节点是否觉得要成为簇头要看其是否在1/p轮中当选过簇头。

③首次运用了数据融合的方式。

LEACH的不足之处有以下几点：

①由于簇头节点负责接收簇内成员节点发送的数据，进行数据融合，然后将数据传送到基站，簇头消耗能量较大，是网络中的瓶颈。

②LEACH协议中簇头是随机循环选举的，有可能簇头位于网络的边缘或者几个簇头相邻较近，某些节点不得不传输较远的距离来与簇头通信，这就导致了消耗的能耗大大增加。

③簇头选举没有根据节点的剩余能量以及位置等因素，会导致有的簇过早死亡，簇与簇之间节点的能量消耗不均衡。

④LEACH协议要求节点之间以及节点与汇聚节点之间均可以直接通信，网络的扩展性不强，故不适用于大型网络。

2、PEGASIS协议

PEGASIS（高能效采集传感器信息系统）协议并不是严格意义上的分簇路由协议，它只是借鉴了LEACH中分簇算法的思想。PEGASIS协议中的簇是一个基于地理位置的链。其成簇的基本思想是，假设所有节点都是静止的，根据节点的地理位置形成一条相邻节点之间距离最短的链。

PEGASIS的模型假设如下：

（1）节点都知道其他节点的位置信息，每个节点都具有直接和汇聚节点通信的能力

（2）传感器节点不具有移动性

（3）其他的假设和LEACH中的相同

3、TEEN协议

TEEN（阈值敏感的高效传感器网络）协议采用类似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，通常可以简单的把传感器网络分为主动型和响应型两种类型。

TEEN协议是专门为响应型应用环境下的网络路由协议，它利用过滤方式来减少数据传输量。