传感器网络中的洪泛路由和地理位置路由优化方案

传感器向监测站（也称为基站，或更简单一些，称为汇聚节点）报告其测量结果。每个发现事件的报告通常需要通过执行从传感器到汇聚节点的路由任务来实现。在路由任务中，数据包从源节点经过综合多跳网络中的一些中间节点，发送到目标节点。在无线传感器网络中，源节点通常是一个传感器，而目标节点通常是一个汇聚节点。在传感器与执行器网络中，执行器（反应器）可作为源节点和/或目标节点。汇聚节点、执行器，甚至是传感器，既可以是固定的，也可以是移动的。

由于当前要为传感器提供足够精确的位置信息存在着技术困难，因而现有传感器网络的具体实现方案通常避免使用位置信息。于是，路由协议将洪泛作为发现路由的一个步骤。第2章已经对洪泛进行了描述。第6章将再次对其进行回顾，以说明通过构建中心位于汇聚节点/执行器的树，实现数据收集和数据融合的过程。监测中心向位于某区域内的所有传感器发送路由发现（短）消息。传感器与接收数据包第一个拷贝的传感器建立链路，并使用该链路完成报告或转发从邻居处接收的报告。这样，传感器沿着反向广播树有效地报告信息。在无线Ad Hoc网络中，这种方法目前是作为一项候选标准存在的，此时移动节点，如膝上型电脑、掌上型电脑和移动电话，充当源节点、目标节点和中间节点。然后，源节点洪泛网络，目标节点在接收到发现消息后，使用记忆跳（AODV）（Perkins et al.，1999）或路径（DSR）（Johnson et al.，1996）来响应源节点。这种方法可应用于传感器网络，经常被引用为“定向扩散”，因为参考文献（Intanagonwiwat et al.，2000）在描述该方法时使用了该术语。目前，存在着这种基本方法的诸多变形，包括多径构建、服务质量（Quality of Service，QoS）提供等。路由发现消息可以包含路径的累计时延、拥塞和功率（即预定的成本度量标准）。然后，在目标节点处选择最佳路径。为了应对网络的动态特性，人们提出了许多局部路由维护技术。但是，路由维护开销通常比较大，且一般是通过触发另一个网络范围内的洪泛来实现。为了减小洪泛区域，通常采用扩展环搜索的方法，它在受限区域进行洪泛，且假定能够在该区域发现目标节点。否则，需要扩大搜索区域面积（如增加一倍）。

参考文献（Ding et al.，2003）考虑了在无线传感器网络中，寻找一条从传感器到单个汇聚节点路径的问题。通过采用反应式路由发现策略，汇聚节点洪泛整个网络，并设置路由。区别在于每个传感器不需要记忆整个路由，或路由上指向前一个传感器的单个指针，但它需要记忆该传感器到汇聚节点的跳数距离。当将数据包发往汇聚节点时，任意小于一跳距离的邻居都可对其进行转发，而不是将数据包返回到向它发送任务分配数据包的第一个节点。例如，报告可以发送给能量最高、跳数最少的邻居，或使用距离汇聚节点较少跳数来发送数据包的任意邻居（Ding et al.，2003）。在设置阶段，节点可以记忆少许这种方案，并逐一进行尝试。同时，小于一跳距离的邻居可简单进行重传，节点通过独立阻塞数据包来限制重传的继续进行。(www.xing528.com)

由于某个事件的地理位置路由是一种非常重要的信息，因而通常认为传感器的位置信息是可用的，虽然意识到相当精确地收集位置信息存在一定困难。地理位置路由（georouting）是指在寻找从源节点到目标节点路由时，使用节点地理信息的策略。它假定网络中节点安装有GPS（Global Positioning System，全球定位系统）设备（Hofmann-Wellenhof et al.，1997），或采用某些定位技术（Bachrach et al.，2005）来获取节点的位置信息。节点与其邻居交换位置信息，并根据邻居和目标节点的位置信息来转发数据包。它支持近似无状态的路由器，因为数据包转发仅是基于候选邻居的位置信息和最终目标节点的位置信息的。在无线传感器与执行器网络（WSAN）中，目标节点通常是汇聚节点或执行器。在系统初始化阶段，目标节点的位置信息通过网络发送给所有传感器。由于节点不需要维护路由表，且路由决策主要是基于地理信息做出的，因而路由信息随着网络密度（如平均节点度）增大而变大，而不是随着网络规模（如节点总数）增大而变大。因此，地理路由算法通常具有计算复杂度低、可扩展性高等特点。在大型无线网络中，这些特点是非常必要的。地理路由算法是高扩展性解决方案，当网络拓扑因节能休眠周期变化而变化时，它不需要任何附加控制开销（Frey et al.，2005）。但是，由于地理位置路由通常基于目标节点和邻居节点的位置信息，因而该算法难以解决高速移动网络中的问题。例如，获取移动目标节点的精确位置信息甚至比路由本身难度更高（Stojm-enovic，2002）。本章仅研究静态汇聚节点或执行器充当目标节点的情形。