情绪别致的疯子
没有转发数据包能力的网络设备称为端系统(end system,ES)，有数据转发能力网络设备称为中介系统(intermediate system,IS)。IS又进一步被分成可在路由域内通信的“域内IS\和可在路由域内又可在域间通信的“域间IS\。路由域通常被认为是通过统一的路由策略或路由协议互相交换路由信息的网络，也称为自治系统[14]。
2.2 路由算法及协议
路由算法在路由协议中起着至关重要的作用，采用何种算法往往决定了最终的路径结果。通常需要综合考虑以下几个设计指标[15]
(1)能量高效:传感器网络路由协议不仅要选择能量消耗小的消息传输路径，而且要从整个网络的角度考虑，选择使整个网络能量均衡消耗的路由。传感器节点的资源有限，传感器网络的路由机制要能够简单而且高效地实现信息传输。
(2)可扩展性:在无线传感器网络中，检测区域防卫或节点密度不同，造成网络规模大小不同;节点失败，新节点加入以及节点移动等，都会使得网络拓扑结构动态发生变化，这就要求路由机制具有可扩展性，能够适应网络结构的变化。
(3)鲁棒性:路由算法处于非正常或不可预料的环境时，如硬件故障、负载过高或操作失误时，都能正确运行。由于路由器分布在网络连接点上，所以在它们出故障时会产生严重后果。最好的路由器算法通常能经受时间的考验，并在各种网络环境可靠工作。
(4)快速收敛性:收敛是在最佳路径判断上所有路由器达到一致的过程。当某个网络事件引起路由可用或不可用时，路由器就发出更新信息。路由更新信息遍及整个网络，引发重新计算最佳路径，最终达到所有路由器一致公认的最佳路径。收敛慢的路由算法会造成路径循环或网络中断。
(5)灵活性:路由算法可以快速、准确地适应各种网络环境。例如，某个网段发生故障，路由算法要能很快发现故障，并为使用该网络段的所有路由选择另一条最佳路径。
3 无线传感器网络路由协议研究
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:寻找源节点和目的节点间的优化路径，将数据分组沿着优化路径正确转发。无线局域网等传统无线网络的首要目标是提供高服务质量和公平高效地利用网络带宽，这些网络路由协议的主要任务是寻找源节点到目的节点间通信延迟小的路径，同时提高整个网络的利用率，避免产生通信拥塞并均衡网络流量等，而能量消耗问题不是这类网络考虑的重点。在无线传感器网络中，节点能量有限且一般没有能量补充，因此路由协议需要高效利用能量，同时传感器网络节点数目往往很大，节点只能获取局部拓扑结构信息，路由协议要能在局部网络协议的基础上选择合适的路径。传感器网络具有很强的应用相关性，不用应用中的路由协议可能差别很大，没有一个通用的路由协议。此外，传感器网络的路由机制还经常与数据融合技术联系在一起，通过减少通信量而节省能量。因此，传统无线网络的路由协议不适应无线传感器网络。 3.1 无线传感器网络路由协议需要解决的问题
在无线传感器网络中，由于网络内节点资源有限，数据包的传送需要通过多跳通信方式到达目的端，因此路由选择算法是网络层设计的一个主要任务。
传统无线网络的路由协议设计以避免网络拥塞、保持网络的连通性和提供高质量网络服务为主要目标。在路由实现过程中，首先利用网络层定义的逻辑上的网络地址(即IP地址)来区别不同节点以便实现数据交换，然后通过路由选择算法决定到达目的地的最佳路径。与传统无线网络相比，虽然WSN具有与无线自组网络极为相似的特征，但在网络特点、通信模型和数据传输需求方面却与传统无线网络有着很大的不同。具体体现在以下几个方面:
(1)能量受限的无线移动终端
WSN的一个重要特征就是能量受限。网络内每个传感器节点通常使用容量有限、不可更换的电源，节点的计算、通信、存储能力也非常有限。
(2)以数据为中心的通信方式
无线传感器网络是以数据为中心的网络，类似于分布式的网络数据库，要查询的数据分布在全部或部分节点中。在WSN中，与以地址为中心的传统通信方式不同，由于网内节点数量大和节点布设的随机性等特点，每个传感器节点不需要使用全局唯一的标识或地址。举例来说，在某个与温度相关的无线传感器网络应用中，用户并不关心第27号传感器的温度，而是关心诸如“当前温度超过30度的区域位置”等某区域内多个传感器采集的综合数据信息。
(3)邻居节点数据的相似性
无线传感器网络相邻节点监测的可能是同一个事件，如火灾，从不同监测点得到的数据具有较高的相似性。因此相邻节点的数据存在信息冗余性，采用一定的数据融合方法可以有效地节省网络资源。
(4)面向特定的应用
传统网络发展的趋势是电信网、计算机网以及电视网的逐步融合，形成通用信息平台以满足各种应用需求。而在无线传感器网络中，传感器节点和物理环境交互密切，WSN的通信构架及其所提供的服务都是针对每个特定的应用而设计的。WSN数据在传输过程中，中间传感器节点需要针对特定应用，对来自其他节点的转发数据以及自身采集的数据进行融合、缓存和转发。
(5)频繁变化的拓扑结构
在WSN中，由于能量限制、环境干扰和人为破坏等因素的影响，传感器节点会经常损坏。由于节点的移动或损坏，加上无线发射装置发送功率的变化和信号之间的互相干扰等因素，网络拓扑结构将频繁变化。
WSN的网络特点和通信需求要求路由协议在设计过程中必须以节约能源为首要目标，并采用折中机制，使用户可以在延长网络存活时间和提高网络吞吐量、降低通信延迟间做出选择。而传统网络路由协议设计的首要目标是提供高的服务质量和高效利用网络带宽，其次才考虑能量的节约。因此传统路由协议不适合在WSN环境中运行，需要对其进行改进，提出适合应用于WSN网络的路由协议。
通过对WSN路由协议设计特点和设计目标的分析，不难看出，一个好的WSN网络层路由协议设计应该满足以下条件:
①为了高效地利用有限的网络资源，尽可能压缩不必要的开销以最大限度的
延长网络生存时间，路由协议的设计必须具备简单性和节能性。
②为了尽可能减少无线传感器网络内冗余信息的发送，节约有限的工作能源。路由协议的设计需要以数据为中心，具备数据融合能力。
③为了适应拓扑动态变化的网络结构，提高系统的鲁棒性，路由协议应该采用分布式运行方式。
④为了适应WSN节点数量多、网络规模大和网络易受损的特点，保证传感器节点的随时加入和退出不会影响到全局任务的正常执行，路由协议的设计必须具备鲁棒性和可扩展性。
⑤在可能的条件下，使设计的路由协议具有安全性，降低遭受攻击的可能性。 3.2 已有无线传感器网络路由协议的分类
无线传感器网络路由协议可以从网络结构和协议工作特性两方面划分(如图3.1所示)。
无线传感器网络路由协议 网络拓扑结构划分 协议工作特性划分 平面性路由协议 层次性路由协议 基于地理位置路由 查询路由 基于QOS 路由 基于多路径路由 基于协商的路由
图3.1 传感器网络路由协议分类
3.3. 基于网络结构划分 3.3.1 平面型路由协议
在平面型路由协议中，每个传感器节点有着相同的地位和作用，所有传感器
节点共同执行收集信息的任务。由于节点数量的庞大，因此不可能为每个节点赋予一个全局的标号。该种路由协议适用于数据中心路由协议，由基站(Base Station)发送查询到特定区域，之后等待该区域的节点收集该种信息。由于数据是通过查询的方式获得的，因此该种方式需要基于属性的命名方法。该种协议比较典型的有洪泛(Flooding)路由协议[16]、基于协商的路由协议SPIN[17](Sensor Pr otocols for Information via Negotiation)和定向扩散协议[18](Directed Diffusion)。这三种协议提出的许多设计思想对以后协议的设计具有重要的影响。
洪泛(Flooding)路由协议。该协议是最早的一种无线传输协议，它不需要维护网络拓扑结构和计算路由，接收到消息的节点以广播的形式转发数据包给所有的邻居节点。洪泛路由协议实现简单，是目前采用最广的一种路由协议。但是，由于其转发数据的盲目性，带来了“内爆”和“重叠”现象。
如图3.2所示，A节点向B和C节点发送DATA数据，B和C节点又向其邻居节点D发送该DATA数据，因此，D节点在短时间内收到两个DATA数据。在有众多节点的传感器网络中，由于各节点中转数据，因而造成传输数据成指数级增长。
在图3.3中，节点A感知区域为Q和R，节点B感知区域为R和S。节点A和B向节点C发送自身感知数据时，监测区域R被发送了两次，因此造成了数据冗余现象的产生。
A DATA B D C
图3.2 洪泛中的“内爆”现象
