無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議性能研究

李海雁，錢開國，解永剛，戴祖誠

（1.昆明學(xué)院 信息技術(shù)學(xué)院，云南 昆明 650214；2.昆明學(xué)院 物理科學(xué)與技術(shù)系，云南 昆明 650214；3.昆明學(xué)院 現(xiàn)代教育技術(shù)中心，云南 昆明 650214；）

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)[1-2]（Wireless Sensor Networks，WSN）由具備一定的運(yùn)算、存儲和無線通信能力的體積較小、資源極端受限的，制作成本要求較低的傳感器節(jié)點構(gòu)成。無需通信基礎(chǔ)設(shè)施，自組織的隨機(jī)部署和通過集成傳感器實時采集周圍環(huán)境因子并通過無線通訊方式傳回終端用戶，從而在環(huán)境監(jiān)測、國防軍事、智能交通管理、空間探索等領(lǐng)域具有潛在的用途，近年來成為國內(nèi)外研究的熱點領(lǐng)域。但還存在大量挑戰(zhàn)性的研究課題，路由協(xié)議的研究和設(shè)計就是其中之一。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由技術(shù)[3]擔(dān)負(fù)著為采集到的數(shù)據(jù)尋找路由和將其傳送到基站節(jié)點的任務(wù)，是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)，而路由算法和協(xié)議則是路由技術(shù)的核心內(nèi)容，直接關(guān)系到節(jié)點能耗、時延、吞吐率和成功率等無線傳感器網(wǎng)絡(luò)性能的優(yōu)劣。

由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點攜帶有限電源供電，節(jié)點的高效率使得網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋵崟r變化，同時節(jié)點的計算能力、通訊能力和存儲能力有限，給路由算法和協(xié)議的設(shè)計帶來了很大的挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議和自組織網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議均不適用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，為此，需要根據(jù)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)特點設(shè)計專門的路由算法和協(xié)議。這是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究和設(shè)計的主要技術(shù)難點之一。

網(wǎng)絡(luò)仿真模擬環(huán)境NS-2對Ad hoc網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的研究提供了更為便捷的手段。目前國內(nèi)外各研究機(jī)構(gòu)根據(jù)自己的特定應(yīng)用，推出了適用于特定應(yīng)用場景的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議，文中對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議進(jìn)行了分類研究，討論了其性能評價指標(biāo)。設(shè)計了典型平面和簇結(jié)構(gòu)的路由協(xié)議在NS-2環(huán)境下進(jìn)行仿真，對性能進(jìn)行比較分析，對Ad hoc路由協(xié)議的研究具有參考意義。

1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議

路由協(xié)議解決的是把信息從源經(jīng)過中間網(wǎng)絡(luò)節(jié)點穿過網(wǎng)絡(luò)傳遞到目的節(jié)點的行為，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中間節(jié)點不同于Ad hoc網(wǎng)絡(luò)，其既完成采集任務(wù)，還要完成路由的兩個基本動作：最佳路徑選擇和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)相對來說比較簡單，而路徑選擇較為復(fù)雜。

1.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的研究分類

從功能上講，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議是一種將數(shù)據(jù)從源節(jié)點傳輸?shù)交竟?jié)點的機(jī)制。而通常情況下，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點地位是平等的，各節(jié)點通過分布式算法來相互協(xié)調(diào)。由于無線傳感器節(jié)點的電源、計算、存儲和通信等能力的限制以及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用背景相差極大，如傳統(tǒng)的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)或者Ad hoc網(wǎng)絡(luò)一樣設(shè)計通用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議不利于資源的充分利用，因此無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的設(shè)計應(yīng)根據(jù)特定應(yīng)用進(jìn)行設(shè)計，滿足應(yīng)用需求的同時盡量降低網(wǎng)絡(luò)傳輸代價，擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)容量和提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量。

近年來研究人員根據(jù)特定應(yīng)用提出了上百種路由協(xié)議，可以根據(jù)不同的劃分原則進(jìn)行分類研究：

1）根據(jù)傳輸過程中間節(jié)點的數(shù)量，可以分為單跳路由（Single-hop）和多跳路由（Muit-hop）。 單跳路由實現(xiàn)簡單，但是在保證網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍條件不變，就要增大節(jié)點的有效傳輸半徑，必然增大節(jié)點的發(fā)射功率，進(jìn)而增大節(jié)點能耗，縮短了網(wǎng)絡(luò)的生命周期。而多跳路由有效減小節(jié)點的傳輸半徑，節(jié)約能量。

2）根據(jù)路由組網(wǎng)的拓?fù)淇刂平Y(jié)構(gòu)分為平面（flat）路由協(xié)議和分簇層次（Clustering Hierarchy）路由結(jié)構(gòu)。平面路由協(xié)議需要節(jié)點維護(hù)全網(wǎng)信息，節(jié)點失效和新節(jié)點的加入等網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展性差，節(jié)點建立和維護(hù)路由耗費(fèi)資源，尤其是能耗開銷大，不適合大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)。而分簇的層次路由只需要節(jié)點維護(hù)局部信息，有效利用了有限的傳感器節(jié)點資源。擴(kuò)展性好，適合規(guī)模大的網(wǎng)絡(luò)。其關(guān)鍵技術(shù)在于簇頭節(jié)點的選擇算法和簇建立和維護(hù)算法，實現(xiàn)較為復(fù)雜。

3）根據(jù)路由建立過程中是否應(yīng)用節(jié)點位置信息參數(shù)分為地理位置信息路由和非地理位置信息路由。地理位置信息路由協(xié)議研究時均假定傳感器節(jié)點根據(jù)GPS或者定位算法等計算出自身的位置信息，將位置信息作為輔助條件，用來改善已有路由協(xié)議的性能，例如泛洪（Flooding）協(xié)議中指定數(shù)據(jù)傳送的方向從而減少傳送的數(shù)據(jù)量。用于分簇層次結(jié)構(gòu)中用于優(yōu)化分簇結(jié)構(gòu)，是簇頭節(jié)點均勻分布到整個網(wǎng)絡(luò)中。

4）根據(jù)在數(shù)據(jù)傳輸過程中是否需要數(shù)據(jù)融合處理分為以數(shù)據(jù)為中心的路由和以數(shù)據(jù)采轉(zhuǎn)發(fā)為中心的路由。以數(shù)據(jù)為中心的路由協(xié)議對感知到的數(shù)據(jù)進(jìn)行屬性標(biāo)識，對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理，從而減少冗余數(shù)據(jù)的傳輸。而以數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)為中心的路由多記成與Ad hoc路由協(xié)議。

5）根據(jù)在數(shù)據(jù)傳輸過程中是否考慮服務(wù)質(zhì)量的要求可以分為基于QOS的路由協(xié)議和非QOS的路由協(xié)議。基于QOS的路由協(xié)議在路由實現(xiàn)和維護(hù)時，力求滿足網(wǎng)絡(luò)QOS需求，考慮數(shù)據(jù)包優(yōu)先級、端到端時延、數(shù)據(jù)融合精度等。

1.2 典型的路由協(xié)議分析

對目前已有的路由協(xié)議從基本思想、關(guān)鍵問題和擴(kuò)展分析幾個方面進(jìn)行分析。

1）泛洪（Flooding）、謠傳（Gossiping）路由協(xié)議

泛洪（Flooding）協(xié)議[4]、謠傳（Gossiping）[5]和定向擴(kuò)散（Directed Diffusion）路由協(xié)議是最為經(jīng)典和簡單的平面路由協(xié)議。泛洪（Flooding）路由協(xié)議的基本思想是每個節(jié)點收到其他節(jié)點的數(shù)據(jù)就以廣播的方式轉(zhuǎn)發(fā)給鄰居節(jié)點，一直重復(fù)下去，直到數(shù)據(jù)傳送到目的節(jié)點為止，該路由協(xié)議的關(guān)鍵問題是信息經(jīng)過全網(wǎng)的復(fù)制，產(chǎn)生大量的冗余信息，同時出現(xiàn)同一個數(shù)據(jù)包多次發(fā)送給同一個節(jié)點的信息內(nèi)爆和信息重疊，謠傳（Gossiping）針對這一問題進(jìn)行改進(jìn)，其在就行下一跳數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)時，是隨機(jī)的選擇一個鄰居節(jié)點盡心轉(zhuǎn)發(fā)，獲得數(shù)據(jù)包的鄰居節(jié)點以同樣的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳遞。這種方式會出現(xiàn)增大數(shù)據(jù)包傳遞到目的節(jié)點的時間。

2）定向擴(kuò)散（Directed Diffusion）路由協(xié)議

定向擴(kuò)散路由協(xié)議[6]是一種基于梯度場和數(shù)據(jù)相關(guān)的路由協(xié)議，基本思想是基站節(jié)點周期性的以泛洪方式廣播一種“興趣”包，告訴網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點需要的信息，在“興趣”消息傳播過程中，協(xié)議逐漸在每個傳感器節(jié)點上建立反向的從數(shù)據(jù)源到基站節(jié)點的梯度場，梯度場參考從源節(jié)點到基站節(jié)點通信代價最低和能量信息建立。興趣廣播完后，梯度場也建立完成，數(shù)據(jù)源產(chǎn)生數(shù)據(jù)包后就向感興趣的鄰居節(jié)點傳遞數(shù)據(jù)，不是基站節(jié)點就以同樣的方式轉(zhuǎn)發(fā)該數(shù)據(jù)，基站節(jié)點將收到從不同路徑傳送過來的數(shù)據(jù)，同時基站節(jié)點參照時延、能量自適應(yīng)性，通信代價等信息選擇一條路徑并強(qiáng)化，以后的數(shù)據(jù)就沿著這條路徑傳送。DD路由協(xié)議要求節(jié)點發(fā)起路由建立過程，而且興趣需擴(kuò)散至全網(wǎng)，因此不太適合大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)。

3）SPIN路由協(xié)議

SPIN[7]路由協(xié)議是一種基于協(xié)商機(jī)制和以數(shù)據(jù)為中心的路由協(xié)議，引入了數(shù)據(jù)融合的思想。協(xié)議的基本思想是采用3次握手協(xié)議來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交互，在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)過程中使用3種數(shù)據(jù)報文：ADV、REQ和DATA。當(dāng)一個節(jié)點采集的數(shù)據(jù)后，將廣播ADV報文給其鄰居節(jié)點，如果鄰居節(jié)點希望接收該數(shù)據(jù)，則返回REQ報文，數(shù)據(jù)源節(jié)點將發(fā)送DATA報文給該節(jié)點。該協(xié)議關(guān)鍵問題在于多個節(jié)點會返回REQ給同一個節(jié)點，會引起信息沖突。

4）LEACH及其改進(jìn)路由協(xié)議

LEACH[8]路由協(xié)議是分簇層次路由協(xié)議，協(xié)議的基本思想是引入分簇層次型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇刂平Y(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)的周期性的選擇簇頭節(jié)點，其他節(jié)點就近加入相應(yīng)的簇頭，形成虛擬簇，個簇內(nèi)成員節(jié)點以TDMA的方式將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送給簇頭，簇頭融合處理后在轉(zhuǎn)發(fā)給基站節(jié)點。關(guān)鍵問題在于簇頭節(jié)點要求和基站能直接通信，則不適用于大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)，同時簇頭的選擇算法會帶來簇頭分布不均等問題，后產(chǎn)生LEACH-C[9]，LEACH-F等改進(jìn)路由協(xié)議，均在簇頭選擇算法上進(jìn)行改進(jìn)，盡量使簇頭分布均勻。

5）靜態(tài)成簇協(xié)議（Static Clustering）

在LEACH協(xié)議中，當(dāng)簇形成后，簇頭節(jié)點和相應(yīng)簇不在變化，該機(jī)制使得簇頭節(jié)點容易能量耗盡。

6）LAR基于地理位置信息的算法

LAR路由協(xié)議[10]的基本思想是利用地理位置信息來限制泛洪協(xié)議廣播數(shù)據(jù)包的范圍，既該協(xié)議根據(jù)節(jié)點的位置信息，給出一個泛洪協(xié)議廣播數(shù)據(jù)包的期望域，只有在期望域的節(jié)點才能收到該數(shù)據(jù)包，從而減少參與泛洪的傳感器節(jié)點數(shù)量，降低網(wǎng)絡(luò)的開消。該算法收斂速度快，但是網(wǎng)絡(luò)中維護(hù)全網(wǎng)的地理位置信息也需要很大的開銷。

7）GAF基于地理位置信息的算法

GAF[11]路由算法的基本思想是引入節(jié)點的動態(tài)睡眠調(diào)度機(jī)制，使傳感器節(jié)點盡量處于睡眠狀態(tài)，從而降低網(wǎng)絡(luò)的能耗。該協(xié)議首先通過劃分虛擬網(wǎng)格的方式確定數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的等價節(jié)點，然后在在虛擬網(wǎng)格中只需要一個節(jié)點處于活動狀態(tài)，其他節(jié)點睡眠來節(jié)約全網(wǎng)的整體能耗。

8）GPSR路由算法和MTE路由協(xié)議

GPSR[12]路由算法是基于地理位置信息的路由算法，在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)時采用了貪婪策略選擇下一跳網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，即數(shù)據(jù)源節(jié)點在自己的鄰居節(jié)點中選擇距離最近的一個節(jié)點作為下一跳節(jié)點。MTE路由協(xié)議最小化能量傳輸協(xié)議，在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)時在鄰居節(jié)點中選擇通往基站節(jié)點的能耗最小的節(jié)點作為下一跳路由。

2 路由協(xié)議的性能分析

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議設(shè)計時，要考慮出傳統(tǒng)Ad hoc網(wǎng)絡(luò)需要的快速收斂、低延時、適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)動態(tài)拓?fù)涞纫笸猓嗟囊紤]無線傳感器網(wǎng)絡(luò)本身的資源稀缺的特點，更應(yīng)考慮能耗等性能指標(biāo)。現(xiàn)將設(shè)計約束分為定性和定量兩種進(jìn)行分析。

2.1 定性指標(biāo)

定性指標(biāo)是從網(wǎng)絡(luò)某個方面的性質(zhì)出發(fā)來評價無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的適應(yīng)性和現(xiàn)實性的需求，如安全性、是否是分發(fā)式路由協(xié)議，有無環(huán)路、擴(kuò)展性、是否支持?jǐn)?shù)據(jù)融合等。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議評價定性屬性包括:

1）適應(yīng)動態(tài)拓?fù)?無線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錁O不穩(wěn)定、節(jié)點移動或者由于能源耗盡使得節(jié)點失效，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較大時，這些因素引起網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓l繁，因此要求無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議要適應(yīng)動態(tài)拓?fù)涞淖兓?/p>

2）減少控制開銷 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點資源極端有限，路由協(xié)議的設(shè)計要節(jié)約資源，控制、建立和維護(hù)開銷要小。

3）分布式操作 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)本身屬性，其要求無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議本身是一個分布式算法。

4）無環(huán)路 雖然按照某些定量標(biāo)準(zhǔn)（例如，性能標(biāo)準(zhǔn)）來說，不是必須的，但卻可以避免諸如最壞情況現(xiàn)象。

5）基于需求的操作 在網(wǎng)絡(luò)中，讓路由算法適應(yīng)基于按需流量模式，而不是假設(shè)一種不變的流量分布（在任何時刻在所有節(jié)點之間維護(hù)路由），是一種更好的方法。如果能智能地做到這一點，可以更加有效的利用網(wǎng)絡(luò)能源和帶寬資源，代價是增加了路由發(fā)現(xiàn)的延時。

6）先應(yīng)操作 基于需求操作比較不重要的方面。在某些情況下，基于需求操作增加的延時是不可接受的。如果帶寬和能源允許，在這種情況下，就需要先應(yīng)式的操作。

7）“睡眠”周期操作 基于能量保存，或其他某種非活動的需要，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點在某段時間內(nèi)可能會停止發(fā)送和/或接收。路由協(xié)議應(yīng)該能適應(yīng)這種睡眠周期，而不產(chǎn)生非常不利的后果。

8）路由方式和路由更新方式 不同的路由方式和路由更新方式對協(xié)議的影響是巨大的，所有路由協(xié)議都必須路由方式的效率和路由更新方式的效率。

9）數(shù)據(jù)融合需求 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)鄰居節(jié)點間探測的數(shù)據(jù)可能類似，或者在協(xié)議設(shè)計策略中會產(chǎn)生冗余數(shù)據(jù)，因此要求無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議應(yīng)支持?jǐn)?shù)據(jù)融合處理，以減少傳輸數(shù)據(jù)量進(jìn)而降低網(wǎng)絡(luò)開銷。

10）擴(kuò)展性 通常任務(wù)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)規(guī)模巨大，節(jié)點容易失效，要求路由協(xié)議具有高可擴(kuò)展性。

典型協(xié)議定性分析如表1所示。

表1 典型協(xié)議性能的定性分析Tab.1 The perform ance qualitative analysis of typical protocol

2.2 定量指標(biāo)

定量指標(biāo)對網(wǎng)絡(luò)性能評價指標(biāo)進(jìn)行量化，細(xì)致精確的刻畫網(wǎng)絡(luò)某個方面的性能：

1）能耗和生命周期 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點攜帶有限的電池供電，部署出去難以回收更換電池，而電池耗盡，節(jié)點失效，因此無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能耗和生命周期成為評價路由協(xié)議的關(guān)鍵性指標(biāo)之一。

2）路由協(xié)議收斂速度 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)規(guī)模大，路由協(xié)議一般是一種按需操作，當(dāng)有數(shù)據(jù)傳送要求時才進(jìn)行路由建立，因此路由協(xié)議收斂速度是一個評價指標(biāo)，在實際考察中可以用第一個數(shù)據(jù)包成功收發(fā)時間進(jìn)行衡量。

3）數(shù)據(jù)包成功接收率 數(shù)據(jù)包成功接收率是目的節(jié)點收到的數(shù)據(jù)包數(shù)目與數(shù)據(jù)源節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)包數(shù)目之比，描述了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的丟包率，刻畫了路由協(xié)議的正確性和完整性指標(biāo)。

數(shù)據(jù)包成功接收率=成功接數(shù)據(jù)包數(shù)/發(fā)送數(shù)據(jù)包數(shù)

4）平均延時 平均延時刻畫了數(shù)據(jù)分組從發(fā)送，經(jīng)過路徑緩沖、節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)、MAC層重傳等后送達(dá)目的節(jié)點的時間。用式（1）進(jìn)行計算:

其中N表示成功送到的數(shù)據(jù)分組數(shù)，rti是分組送達(dá)目的節(jié)點的時間，sti表示分組被發(fā)送的時間。

3 基于NS-2仿真環(huán)境的路由協(xié)議性能分析

3.1 NS-2簡介和仿真場景建立

NS（Network Simulator）[13]網(wǎng)絡(luò)仿真器是研究大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)和未來網(wǎng)絡(luò)協(xié)議行為特性的軟件，是一款開放的網(wǎng)絡(luò)仿真平臺，研究人員可以在已有研究的基礎(chǔ)上重構(gòu)協(xié)議源碼和重新編譯，仿真自己設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)特性行為和協(xié)議。

文中設(shè)計了部分無線傳感器網(wǎng)路路由協(xié)議的仿真實驗，仿真實驗參數(shù)設(shè)置如下：仿真場景在1 000×1 000，基站節(jié)點位于（50，175），隨機(jī)部署100個節(jié)點，節(jié)點的初始能量設(shè)置為2 J，數(shù)據(jù)包長度為500 byte，發(fā)送接受1 bit的數(shù)據(jù)電路消耗50 nJ。

3.2 仿真結(jié)果及其分析

3.2.1 生命周期實驗分析

實驗中節(jié)點能量耗盡認(rèn)為節(jié)點死亡，分析仿真后的trace文件，將存活節(jié)點數(shù)隨仿真時間統(tǒng)計下來，結(jié)果如圖1所示。MTE路由協(xié)議應(yīng)用貪懶策略選擇下一跳節(jié)點進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，在開始時間能沒有路由建立數(shù)據(jù)包進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，因此其在初始階段能量消耗低，節(jié)點死亡數(shù)較少，leach路由協(xié)議第一個節(jié)點死亡時間較leach-c晚，但是總體網(wǎng)絡(luò)生命周期沒有LEACH-C長。而static-cluster路由協(xié)議由于簇頭死亡后，剩余節(jié)點就失去和基站的聯(lián)系而不在收發(fā)數(shù)據(jù)，因此一直有節(jié)點存活。

圖1 存活節(jié)點數(shù)對比圖Fig.1 The contrast graph of active nodes number for protocol

3.2.2 能量消耗實驗分析

能量消耗實驗結(jié)果如圖2所示，MTE路由協(xié)議采用貪婪策略選擇下一跳轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點，能量消耗低，到時很難將數(shù)據(jù)包送到基站節(jié)點，也就是數(shù)據(jù)包的延時大，在大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)中難以送達(dá)。static-cluster路由協(xié)議由于簇頭死亡后不在工作，因此后期剩下的存活節(jié)點沒有工作而使得能量較低。開始時，LEACH協(xié)議較LEACH-C協(xié)議有相對優(yōu)越的能耗，隨著仿真時間向后推移，能耗增大較快，使得網(wǎng)絡(luò)生命周期整體縮短。

圖2 能耗結(jié)果對比圖Fig.2 The comparing graph of energy consumption for protocol

3.2.3 收達(dá)數(shù)據(jù)包實驗

驗證路由協(xié)議的收斂時間和有效性，我們統(tǒng)計的前300 s的數(shù)據(jù)包送達(dá)情況，MTE由于一直出現(xiàn)數(shù)據(jù)包沖突碰撞，在前300 s內(nèi)沒有送達(dá)到基站的數(shù)據(jù)包，static-cluster路由協(xié)議隨著簇頭節(jié)點死亡而剩下的存活節(jié)點和基站失去聯(lián)系，后期也沒有送達(dá)基站的數(shù)據(jù)包。LEACH-C送到的數(shù)據(jù)包較LEACH優(yōu)越。

從圖1、2和3可以看出，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由設(shè)計是一個綜合考慮多方面約束條件的關(guān)鍵技術(shù)。如MTE節(jié)約了能量，延長了網(wǎng)絡(luò)生命周期，但是數(shù)據(jù)包延時太大而不適用，靜態(tài)成簇路由協(xié)議簡單但是簇頭節(jié)點負(fù)擔(dān)太重而造成簇頭節(jié)點過早死亡，LEACH協(xié)議引入簇頭輪換機(jī)制但是簇頭分布不均，利用LEACH-C進(jìn)行一定個改進(jìn)獲得了較好的性能表現(xiàn)。

4 結(jié)束語

作為物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)感知部分的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)已成為當(dāng)今社會各界的研究熱點，路由協(xié)議的設(shè)計面臨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模大、節(jié)點無法編址、節(jié)點資源節(jié)點受限都很多約束條件成為既有挑戰(zhàn)性的研究課題。文中對已提出的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分類研究，給出性能評價指標(biāo)體系，設(shè)計了典型的平面、分簇的路由協(xié)議在網(wǎng)絡(luò)仿真器中進(jìn)行仿真研究分析方法，為相關(guān)的研究提供參考。

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