摘要：基于地理位置的路由協(xié)議是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議研究的一個重要方向。利用位置信息指導(dǎo)路由的發(fā)現(xiàn)、維護(hù)和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，能夠優(yōu)化路徑選擇，減少路由能耗，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的全局優(yōu)化。從限制洪泛機(jī)制、虛擬分區(qū)機(jī)制、最優(yōu)路由確認(rèn)機(jī)制3個方面，可以看出地理位置信息在路由協(xié)議中的重要性。

關(guān)鍵詞：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；路由協(xié)議；地理位置；虛擬分區(qū)

Abstract: Routing algorithms based on geographical location information is an important research subject in the wireless sensor network. The routing algorithms based on geographical location information can confirm the best routing， reduce the energy consumption， and optimize the whole network. Through three aspects involving the flooding restriction scheme， the virtual area partition scheme and the best routing choice scheme， the importance of location information is seen in the routing algorithm.

Key words: wireless sensor network; routing algorithm; location information; virtual area partition

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)是將大量的具有通信與計(jì)算能力的微小傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)置在無人值守的監(jiān)控區(qū)域，構(gòu)成的智能自治測控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。在WSN的實(shí)際應(yīng)用中，尤其是軍事應(yīng)用中，往往需要實(shí)現(xiàn)對傳感器節(jié)點(diǎn)的定位，獲取監(jiān)控區(qū)域的地理位置信息，因此，位置信息也很自然地被考慮到WSN路由協(xié)議的設(shè)計(jì)中?；诘乩砦恢玫穆酚蓞f(xié)議是當(dāng)前路由協(xié)議研究的一個重要方向，受到了廣泛關(guān)注。

基于地理位置的路由協(xié)議利用位置信息指導(dǎo)路由的發(fā)現(xiàn)、維護(hù)和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，能夠?qū)崿F(xiàn)信息的定向傳輸，避免信息在整個網(wǎng)絡(luò)的洪泛，減少路由協(xié)議的控制開銷，優(yōu)化路徑選擇，通過利用節(jié)點(diǎn)位置信息構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，易于進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)管理，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的全局優(yōu)化。

國內(nèi)外的學(xué)者針對不同的應(yīng)用背景已經(jīng)提出了多種基于地理位置的路由協(xié)議，如何充分地利用地理信息來實(shí)現(xiàn)高效的路由是研究的重點(diǎn)。本文將具體分析地理信息在路由協(xié)議中的應(yīng)用，分別從限制洪泛機(jī)制、虛擬分區(qū)機(jī)制、最優(yōu)路由確認(rèn)機(jī)制等3個方面進(jìn)行分析。

1 基于位置信息的限制洪泛機(jī)制

傳統(tǒng)的Flooding洪泛路由協(xié)議具有簡單性和魯棒性的優(yōu)點(diǎn)[1]，許多路由協(xié)議的設(shè)計(jì)中都采用了洪泛路由的思想，然而洪泛路由存在著信息重疊和信息“內(nèi)爆”現(xiàn)象，造成了大量的信息冗余和盲目的資源浪費(fèi)。利用距離、方位等地理信息來指導(dǎo)和限制路由洪泛，界定洪泛路由搜索區(qū)域，能夠大大提高路由搜索的方向性和有效性。當(dāng)在路由受限區(qū)域內(nèi)沒有合適的路徑時，可以自適應(yīng)地對洪泛區(qū)域進(jìn)行調(diào)整，或采用傳統(tǒng)洪泛的方法繼續(xù)進(jìn)行路由搜索。受限洪泛區(qū)域主要有距離受限域、角度受限域和矩形受限域等形式。

1.1 距離洪泛受限域

目的區(qū)域的位置不確定時，可以構(gòu)建一種簡單的距離限制域：路由搜索信息向距離信息發(fā)送節(jié)點(diǎn)更遠(yuǎn)的方向進(jìn)行洪泛，只有距離信息發(fā)送節(jié)點(diǎn)更遠(yuǎn)的節(jié)點(diǎn)收到數(shù)據(jù)包時才進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，通過這種方式能夠減少信息的冗余。目的區(qū)域的位置能夠確定時，可以由距離目的區(qū)域更近的節(jié)點(diǎn)所在的區(qū)域來構(gòu)成路由請求區(qū)域。如位置輔助路由(LAR)協(xié)議中確定路由請求區(qū)域的其中一種方案，便采用了這種思想[2]。

1.2 角度洪泛受限域

角度限制域是根據(jù)某一個角度而確定的受限域，也就是說，位于一定的角度范圍內(nèi)的中間節(jié)點(diǎn)才能作為路由洪泛的中繼轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)。限制角度的選取有多種方法，圖1、圖2和圖3分別示意了3種角度選取方法。

圖1中所確定的角度受限域由兩條相交的射線OM和OP所構(gòu)成[3]，以源節(jié)點(diǎn)S和目的節(jié)點(diǎn)D為圓心、以RS和RD為半徑構(gòu)造了兩個界限圓，不妨假設(shè)RS >RD，可以得出兩圓的公切線以及它們的交點(diǎn)O，易于算出限制角∠SOM的度數(shù)。RS 和RD的大小根據(jù)具體應(yīng)用進(jìn)行設(shè)定。

圖2中所確定的限制角度是變化的，而不是固定不變。S 點(diǎn)為源節(jié)點(diǎn)，D點(diǎn)為目的節(jié)點(diǎn)，X為一個中轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)。X所轉(zhuǎn)發(fā)的路由請求包中包含限制角∠DXM，可以根據(jù)式(1)計(jì)算：

收到X轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)包的節(jié)點(diǎn)J和K分別計(jì)算∠DXJ和∠DXK，并與∠DXM比較大小。若該角度小于限定角的節(jié)點(diǎn)繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，則節(jié)點(diǎn)K丟棄數(shù)據(jù)包，節(jié)點(diǎn)J 將轉(zhuǎn)發(fā)路由請求數(shù)據(jù)包，并且節(jié)點(diǎn)J 將按照上述處理方法更新限定角的大小并繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。

圖3中源節(jié)點(diǎn)的路由請求數(shù)據(jù)包中包含自身的位置信息和預(yù)定的限制角度[4]，中間節(jié)點(diǎn)M 收到數(shù)據(jù)包后，通過三角公式可以得出自己和源節(jié)點(diǎn)S、目的節(jié)點(diǎn)D間的夾角∠SMD，如果∠SMD大于預(yù)定的轉(zhuǎn)發(fā)限制角，則繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)，否則就丟棄數(shù)據(jù)包。預(yù)定的限制角度可以根據(jù)具體應(yīng)用進(jìn)行設(shè)定。

1.3 矩形洪泛受限域

矩形限制域即是通過一定的策略所劃定的矩形洪泛區(qū)域，具體給出以下兩種劃分方法。

圖4中的矩形區(qū)域即為矩形受限域的一種構(gòu)造方法。以源節(jié)點(diǎn)S 和目的節(jié)點(diǎn)D 作為兩個頂點(diǎn)總可以構(gòu)造矩形區(qū)域。為提高路由請求的成功率，可以將目的地?cái)U(kuò)展為一個半徑為R 的圓形區(qū)域進(jìn)行優(yōu)化。半徑R一般不超過節(jié)點(diǎn)的通信半徑，其設(shè)置可以根據(jù)節(jié)點(diǎn)的稠密程度進(jìn)行調(diào)整，一般情況下，如果節(jié)點(diǎn)稠密可以將R 設(shè)定得小些，如果節(jié)點(diǎn)稀疏則可以將R 設(shè)定得大些，以保證路由的成功率。

圖5中給出了另外的一種矩形受限區(qū)域[5]，源節(jié)點(diǎn)S 和目的節(jié)點(diǎn)D分別作為所構(gòu)造矩形兩條對應(yīng)邊L1、L2的中心，以與源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)所構(gòu)成的直線所平行的兩條線段L3、L4作為矩形的另外兩條邊。其中w為L1、L2的邊長，其大小可根據(jù)具體應(yīng)用進(jìn)行設(shè)定。

此外，通過對整個區(qū)域劃分為網(wǎng)格，進(jìn)而查詢信息分別在各個矩形網(wǎng)格內(nèi)進(jìn)行洪泛，如雙層數(shù)據(jù)發(fā)布(TTDD)協(xié)議[6]，也可以理解為矩形限制域的一種構(gòu)造方法。

2 基于位置信息的網(wǎng)絡(luò)虛擬分區(qū)機(jī)制

基于虛擬分區(qū)的路由機(jī)制是利用地理位置信息將整個監(jiān)控區(qū)域劃分為若干子區(qū)域，進(jìn)而利用區(qū)域的位置信息來設(shè)計(jì)路由的機(jī)制。它適合于大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)，可擴(kuò)展性強(qiáng)，利用組織結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法較好地解決了大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同問題；各分區(qū)所包含的位置信息利于路由的建立，能夠?qū)崿F(xiàn)方向性信息傳輸，減少信息傳輸?shù)拿つ啃?，減少信息冗余，便于信息融合和移動節(jié)點(diǎn)處理，信息傳輸?shù)膶?shí)時性好；此外通過對區(qū)域內(nèi)的節(jié)點(diǎn)的任務(wù)分配和調(diào)度，可以使部分節(jié)點(diǎn)處于休眠狀態(tài)，節(jié)省能量，延長網(wǎng)絡(luò)壽命。

虛擬分區(qū)可以有多種形式，包括規(guī)則的幾何網(wǎng)絡(luò)分區(qū)、虛擬極坐標(biāo)系統(tǒng)以及由分簇算法形成的不規(guī)則分區(qū)等。具體實(shí)現(xiàn)中，可以考慮將整個網(wǎng)絡(luò)均衡地劃分為網(wǎng)格區(qū)域；也可以根據(jù)節(jié)點(diǎn)密度、連通度、網(wǎng)絡(luò)規(guī)模等信息將網(wǎng)絡(luò)非均勻地劃分為若干分區(qū)。路由搜索過程中，可分為區(qū)域內(nèi)路由和區(qū)域間路由兩個過程分別進(jìn)行考慮。

2.1 規(guī)則網(wǎng)絡(luò)區(qū)域的劃分

規(guī)則網(wǎng)絡(luò)分區(qū)可以考慮采用包括矩形、正六邊形、三角形、菱形、圓形、扇形區(qū)域等多種形式。正六邊形區(qū)域是借鑒蜂窩網(wǎng)的小區(qū)機(jī)制，由于其計(jì)算較為復(fù)雜，較少采用；圓形區(qū)域方法是通過比較分區(qū)半徑和節(jié)點(diǎn)到分區(qū)中心點(diǎn)距離確定節(jié)點(diǎn)的所屬分區(qū)，在分區(qū)的邊界會有重疊；文獻(xiàn)[7]中提出了三角形或菱形區(qū)域的分區(qū)方法，即是將網(wǎng)絡(luò)區(qū)域劃分為三角形或菱形的網(wǎng)格分區(qū)。文獻(xiàn)[8]中提出了將網(wǎng)絡(luò)區(qū)域劃分為環(huán)帶扇形柵格的分區(qū)方法；矩形區(qū)域劃分方法不存在重疊區(qū)域，實(shí)現(xiàn)過程比較簡單，在實(shí)際中得到了較多的采用。

方形網(wǎng)格是最常用的矩形分區(qū)方法，是較多地采用的一種分區(qū)方式，如基于位置的能量感知路由(GAF)[9]、TTDD、基于網(wǎng)格的路由(GRID)、基于網(wǎng)格的分簇路由(GROUP)[10]等協(xié)議。本文中將對幾種典型的基于方形網(wǎng)格的路由協(xié)議進(jìn)行分析。

GAF協(xié)議中，根據(jù)節(jié)點(diǎn)的位置信息和通信半徑，將網(wǎng)絡(luò)區(qū)域劃分成若干虛擬單元格，保證相鄰單元格中的任意兩個節(jié)點(diǎn)都能夠直接通信。假設(shè)所有節(jié)點(diǎn)的通信半徑為R，網(wǎng)格區(qū)域劃分的邊長為r，則為了保證任兩個單元格間的通信，需要滿足 。網(wǎng)格內(nèi)采用讓部分節(jié)點(diǎn)進(jìn)入休眠狀態(tài)以減少能量消耗的拓?fù)淇刂扑惴?，同時采用節(jié)點(diǎn)狀態(tài)轉(zhuǎn)換機(jī)制控制節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)。GAF的核心思想是盡量通過使虛擬網(wǎng)格中的每個區(qū)域的代表節(jié)點(diǎn)總是處于激活狀態(tài)模式來保持網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。

TTDD協(xié)議中，當(dāng)多個節(jié)點(diǎn)探測到事件發(fā)生時，選擇一個節(jié)點(diǎn)作為發(fā)送數(shù)據(jù)的源節(jié)點(diǎn)。源節(jié)點(diǎn)以自身作為格狀網(wǎng)的一個交叉點(diǎn)構(gòu)造一個格狀網(wǎng)。其過程是：源節(jié)點(diǎn)先計(jì)算出4個相鄰交叉點(diǎn)的位置，利用貪婪算法請求最接近交叉點(diǎn)位置的節(jié)點(diǎn)成為轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)，轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)繼續(xù)這個過程直至請求任務(wù)超時或到達(dá)網(wǎng)絡(luò)邊緣。轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)保存了事件和源節(jié)點(diǎn)的信息，是以后進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)膮⑴c者。在匯聚節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢時，匯聚點(diǎn)的查詢請求采用洪泛的方式在在交叉點(diǎn)間傳播，直到源節(jié)點(diǎn)收到查詢請求，數(shù)據(jù)反向傳送到匯聚節(jié)點(diǎn)。

GRID協(xié)議中整個網(wǎng)絡(luò)被分成若干固定大小的虛擬網(wǎng)格，路徑由一組特定的虛擬網(wǎng)格組成。每個網(wǎng)格中通過一定的方法選取一個節(jié)點(diǎn)作為網(wǎng)關(guān)，負(fù)責(zé)所有經(jīng)過本網(wǎng)格的數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)，路由采取從網(wǎng)格到網(wǎng)格的方式。文獻(xiàn)[5]中給出了多種網(wǎng)格邊長的確定方法，其中，若設(shè)節(jié)點(diǎn)的通信半徑為R，網(wǎng)格邊長為r，則當(dāng)滿足

時，就能保證對角的相鄰網(wǎng)格間節(jié)點(diǎn)的通信暢通，即能滿足八向鄰域網(wǎng)格間的通信。

GROUP協(xié)議中，每隔一定的時間，由Sink點(diǎn)選出網(wǎng)格種子節(jié)點(diǎn)，進(jìn)而建立以網(wǎng)格種子節(jié)點(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)的一定寬度的虛擬格子。每個網(wǎng)格中選舉出一個節(jié)點(diǎn)作為簇頭節(jié)點(diǎn)，簇頭節(jié)點(diǎn)一般接近網(wǎng)格交叉點(diǎn)，在簇頭節(jié)點(diǎn)周圍一定范圍內(nèi)的節(jié)點(diǎn)都屬于該簇。

2.2 虛擬極坐標(biāo)系統(tǒng)

虛擬極坐標(biāo)系統(tǒng)是一種較為特殊的角度分區(qū)方式，適用于數(shù)據(jù)中心存儲方式的地理位置輔助路由(GEM)協(xié)議[11]基本思想便是建立一個虛擬極坐標(biāo)系統(tǒng)來表示實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)形成一個以匯聚節(jié)點(diǎn)為根的帶環(huán)樹，每個節(jié)點(diǎn)用到樹根的跳數(shù)距離和角度范圍來表示，節(jié)點(diǎn)間的路由通過這個帶環(huán)樹來表示。虛擬極坐標(biāo)系統(tǒng)建立過程為：由匯聚點(diǎn)將角度范圍分配給每個子節(jié)點(diǎn)，如[0，90]。每個子節(jié)點(diǎn)得到的角度范圍正比于以該節(jié)點(diǎn)為根的子節(jié)點(diǎn)的數(shù)目。每個子節(jié)點(diǎn)按照同樣的方式將自己的角度范圍分配給它的子節(jié)點(diǎn)。這個過程一直持續(xù)進(jìn)行，直到每個葉節(jié)點(diǎn)分配到一個角度范圍。這樣，節(jié)點(diǎn)可以根據(jù)一個統(tǒng)一的規(guī)則(如順時針方向)為子節(jié)點(diǎn)設(shè)定的角度范圍，使得同一級節(jié)點(diǎn)的角度范圍順序遞增或遞減，于是到匯聚點(diǎn)跳數(shù)相同的節(jié)點(diǎn)就形成了一個環(huán)形結(jié)構(gòu)，整個網(wǎng)絡(luò)則形成一個以匯聚節(jié)點(diǎn)為根的帶環(huán)樹。其基本的路由過程為：節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)時，若目的位置的角度不在角度范圍內(nèi)，就向父節(jié)點(diǎn)傳遞該消息，父節(jié)點(diǎn)也采用同樣的方式處理該消息，直到消息到達(dá)了包含目的節(jié)點(diǎn)的位置角度的節(jié)點(diǎn)。

2.3 基于分簇算法的不規(guī)則分區(qū)

位置信息在分簇路由中也能夠得到重要的應(yīng)用，根據(jù)不同的分簇算法所形成的各個簇往往同時構(gòu)成了不規(guī)則的網(wǎng)絡(luò)虛擬分區(qū)。簇頭的產(chǎn)生是簇形成的基礎(chǔ)，簇的位置信息是簇頭選擇算法的一個重要準(zhǔn)則，這些地理信息包括節(jié)點(diǎn)距簇頭的距離、簇頭距基站的距離、距離能耗比等信息。如基于模糊邏輯的簇頭選舉(CEFL)算法[12]將節(jié)點(diǎn)向心性作為一個簇頭選舉的準(zhǔn)則，向心性即節(jié)點(diǎn)靠近簇中心的程度，用該節(jié)點(diǎn)到簇內(nèi)其它節(jié)點(diǎn)的距離平方和來度量。簇頭產(chǎn)生之后，周圍節(jié)點(diǎn)根據(jù)簇頭的分布選擇所加入的簇，位置信息同樣會得到應(yīng)用，如在基于能量優(yōu)先的分簇路由(EECS)協(xié)議[13]中，節(jié)點(diǎn)確定所加入的簇的通信代價的計(jì)算公式中，考慮到了節(jié)點(diǎn)到簇頭的距離以及簇頭到基站的距離。

3 基于位置信息的最優(yōu)路徑確認(rèn)機(jī)制

在網(wǎng)絡(luò)多跳轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)選擇過程中，往往要依據(jù)一定的準(zhǔn)則選取最優(yōu)節(jié)點(diǎn)作為下一跳轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)?；诘乩砦恢眯畔⒌淖顑?yōu)路徑確認(rèn)機(jī)制是將角度、距離等位置信息作為一個路徑選擇準(zhǔn)則而建立路由。具體列舉幾種典型的路由算法來說明地理信息在最優(yōu)路徑確認(rèn)中的作用。

3.1 GPSR協(xié)議

貪婪型轉(zhuǎn)發(fā)和沿周邊轉(zhuǎn)發(fā)路由(GPSR) [14]是采用貪婪轉(zhuǎn)發(fā)算法的典型代表協(xié)議。當(dāng)節(jié)點(diǎn)需要轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)分組時，它首先在鄰節(jié)點(diǎn)中選擇距離目標(biāo)最近的節(jié)點(diǎn)作為其下一跳節(jié)點(diǎn)，然后將數(shù)據(jù)分組轉(zhuǎn)發(fā)給該節(jié)點(diǎn)。針對貪婪算法引起的局部優(yōu)化問題，即當(dāng)找不到滿足條件的下一跳節(jié)點(diǎn)的時候，GPSR提出了邊界轉(zhuǎn)發(fā)策略，作為貪婪轉(zhuǎn)發(fā)算法的一個補(bǔ)充，采用在該區(qū)域原始網(wǎng)絡(luò)圖之上建立平面圖的方法解決路由空洞的問題，即通過圍繞平面圖邊界向目標(biāo)區(qū)繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)的方式恢復(fù)路由。完整的GPSR協(xié)議結(jié)合利用貪婪算法和邊界轉(zhuǎn)發(fā)算法來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)向目的節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)。網(wǎng)絡(luò)中以貪婪轉(zhuǎn)發(fā)為主，當(dāng)找不到滿足條件的下一跳節(jié)點(diǎn)時，在平面圖中使用邊界轉(zhuǎn)發(fā)算法來決定下一跳。

3.2 GEAR協(xié)議

基于地理位置和能量的路由(GEAR) [15]采用查詢的方法來建立從源節(jié)點(diǎn)到事件區(qū)域的路由。借鑒了GPSR的貪婪算法的思想，利用節(jié)點(diǎn)的地理位置信息以及節(jié)點(diǎn)能量剩余情況，選擇綜合開銷(節(jié)點(diǎn)能量消耗與距離目標(biāo)遠(yuǎn)近的組合)最小的鄰節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，建立查詢消息到事件區(qū)域的路徑。查詢信息到達(dá)事件區(qū)域后，可以采用迭代地理轉(zhuǎn)發(fā)的策略或受限洪泛的方式發(fā)布該數(shù)據(jù)。

采用迭代地理轉(zhuǎn)發(fā)的策略時，事件區(qū)域內(nèi)首先收到查詢命令的節(jié)點(diǎn)將事件區(qū)域分為若干的子區(qū)域，并向所有子區(qū)域的中心位置轉(zhuǎn)發(fā)查詢命令，子區(qū)域中最靠近中心位置的節(jié)點(diǎn)收到查詢命令，并將自己所在的子區(qū)域再次劃分為若干的子區(qū)域并向各子區(qū)域中心位置轉(zhuǎn)發(fā)查詢命令。該消息傳播過程是一個一次迭代的過程，當(dāng)節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)自己是區(qū)域內(nèi)唯一的節(jié)點(diǎn)，或子區(qū)域內(nèi)沒有節(jié)點(diǎn)時，則停止向該子區(qū)域發(fā)送查詢命令。當(dāng)所有子區(qū)域轉(zhuǎn)發(fā)過程全部結(jié)束時，整個迭代過程終止。遞歸地理轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制更為適用于區(qū)域節(jié)點(diǎn)分布密集的應(yīng)用環(huán)境。

3.3 TBF協(xié)議

基于傳輸軌道的路由(TBF) [16]利用參數(shù)在數(shù)據(jù)包頭中指定一條連續(xù)的傳輸軌道而不是路由節(jié)點(diǎn)序列。節(jié)點(diǎn)利用貪婪算法根據(jù)其軌道參數(shù)和鄰節(jié)點(diǎn)的位置，計(jì)算出最接近的鄰節(jié)點(diǎn)作為下一跳節(jié)點(diǎn)。通過指定不同的軌道參數(shù)，很容易實(shí)現(xiàn)多路徑傳播、廣播和對特定區(qū)域的廣播和多播。

3.4 SPAN協(xié)議

基于能量協(xié)調(diào)的地理路由(SPAN) [17]根據(jù)節(jié)點(diǎn)的位置選取一些節(jié)點(diǎn)作為協(xié)調(diào)者或主管節(jié)點(diǎn)，這些選出的主節(jié)點(diǎn)形成一個網(wǎng)絡(luò)骨干，專門負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)消息，不在骨干網(wǎng)上的節(jié)點(diǎn)，定期地休眠。網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點(diǎn)能夠以分布式方法，獨(dú)立、周期性地判斷自己應(yīng)該處于休眠狀態(tài)還是工作狀態(tài)。

4 結(jié)束語

地理位置路由協(xié)議是路由協(xié)議研究的一個重要領(lǐng)域。從長遠(yuǎn)來看，可以從以下幾個方面對基于地理位置的路由協(xié)議進(jìn)行進(jìn)一步研究：

(1)結(jié)合定位技術(shù)進(jìn)行路由協(xié)議研究?，F(xiàn)有的地理路由協(xié)議中，大都沒有具體指出獲取節(jié)點(diǎn)位置信息的具體方法，多是在假設(shè)節(jié)點(diǎn)位置信息已知的情況下進(jìn)行研究，實(shí)際上節(jié)點(diǎn)的定位技術(shù)仍然是當(dāng)前WSN研究中的一個重點(diǎn)和難點(diǎn)問題，節(jié)點(diǎn)定位的過程和精度影響著路由協(xié)議的設(shè)計(jì)。結(jié)合定位算法來考慮路由協(xié)議的設(shè)計(jì)，考慮到定位精度對協(xié)議性能的影響，能夠提高路由協(xié)議的有效性和針對性。不依賴于定位信息的地理位置路由(GRWLI)協(xié)議[18]提出了一種只需少量節(jié)點(diǎn)精確位置信息就可正確路由的地理路由機(jī)制，協(xié)議的關(guān)鍵是利用少數(shù)的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)來確定全局坐標(biāo)系以及其他節(jié)點(diǎn)在全局坐標(biāo)系中的位置。

(2)考慮到地形影響的路由協(xié)議研究。實(shí)際應(yīng)用中，WSN往往要受到地貌、地物等地理因素的影響。已有的一些路由往往是基于虛擬的二維地理空間進(jìn)行考慮，對實(shí)際環(huán)境的考慮不夠充分。因此，基于實(shí)際地理環(huán)境進(jìn)行路由協(xié)議研究也是一個需要研究的問題。

(3)基于覆蓋控制的地理位置路由協(xié)議研究。路由協(xié)議的設(shè)計(jì)過程中，要考慮到節(jié)點(diǎn)連通和網(wǎng)絡(luò)覆蓋問題。尤其是在路由設(shè)計(jì)中考慮到休眠機(jī)制時，需要對覆蓋控制問題進(jìn)行分析。

(4)基于地理位置的安全路由協(xié)議研究。許多應(yīng)用中，尤其在軍事應(yīng)用中，必須考慮到路由協(xié)議的安全性。例如，在文獻(xiàn)[19]中，進(jìn)行了基于地理位置的密鑰分配的研究。

(5)水下、深空、地下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)基于地理位置的路由協(xié)議的研究。針對這些特殊的應(yīng)用場合，應(yīng)開展相應(yīng)的研究工作。

5 參考文獻(xiàn)

[1] HEDETNIEMI S， LIESTMAN A. A survey of gossiping and broadcasting in communication networks [J]. Networks， 1998， 18(4): 319-349.

[2] KO YOUNG BAE， VAIDYA N H. Location-aided Routing (LAR) in mobile Ad Hoc networks [J]. Wireless Networks， 2000， 6(4):307-321.

[3] 張錦. 傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于位置信息的路由算法研究[D]. 長沙: 湖南大學(xué)， 2004:14-20.

[4] 王軍， 于海斌. 一種兩段式傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議[J]. 儀器儀表學(xué)報(bào)， 2007， 28(5):908-913.

[5] LIAO W H， TENG Y C， SHEU J P. GRID: A fully location-aware routing protocol for mobile Ad Hoc net works [J]. Telecommunication Systems， 2001， 18(1): 37-60.

[6] YE F， LUO H， CHENG J， et al. A two-tier data dissemination model for large-scale wireless sensor networks [J].Wireless Networks， 2005， 11(2): 161-175.

[7] WANG XUEQING， YANG YONGTIAN， ZHANG ZHOUGLIN， et a1. A virtual rhomb grid-based movement-assisted sensor deployment algorithm in wireless sensor networks [C]// Proceedings of the International Multi-symposiums on Computer and Computational Sciences: Vol 1， Apr 20-24， 2006， Hangzhou， China. Piscataway， NJ， USA: IEEE Computer Society， 2006: 491-495.

[8] 孫雨耕， 李桂丹， 武曉光， 等. 基于基站輔助定位的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議[J]. 天津大學(xué)學(xué)報(bào)， 2007， 40(1): 98-103.

[9] XU Y， HEIDEMANN J， ESTRIN D. Geography informed energy conservation for Ad-hoc routing [C]//Proceedings of the Seventh Annual ACM/IEEE International Conference on Mobile Computing and Networking， Jul 16-21， 2001. Rome， Italy. 2001: 70-84.

[10] YU LIVANG， WANG NENG， ZHANG WEI. GROUP: a Grid-clustering Routing Protocol for Wireless Sensor Networks[C]// proceedings of International Conference on Wireless Communications， Networking and Mobile Computing， Sep 22-24，2006， Wuhan， China. Piscataway， NJ ，USA:IEEE，2006: 1-5.

[11] NEWSOME J， SONG D. GEM: Graph embedding for routing and data-centric storage in sensor networks without geographic information [C]//Proceeding of 1st ACM Conference on Embedded Networked Sensor Systems， Nov 5-7， 2003， Los Angeles， CA， USA. New York， NY， USA: ACM， 2003: 76-88.

[12] GUPTA I， RIORDAN D. Cluster-head election using fuzzy logic for wireless sensor networks [C]//Proceedings of the 3rd Annual Communication Networks and Services Research Conference， May 16-18， 2005， Halifax， Canada. 2005: 255-260.

[13] YE M， LI C F， CHEN G H， et al. EECS: An energy efficient clustering scheme in wireless sensor networks [C]//Proceeding of the IEEE International Performance Computing and Communications Conference， Apr 7-9， 2005， Phoenix， AZ， USA. New York， NY， USA: IEEE， 2005: 535-540.

[14] Karp B， Kung H. GPSR: Greedy perimeter stateless routing for wireless networks [C]//Proceeding of the 6th Annual International Conference on Mobile Computing and networking， Aug 6-11， 2000， Boston， MA， USA. New York， NY， USA: ACM， 2000: 243-254.

[15] YU Y， GOVINDAN R， ESTRIN D. Geographical and energy aware routing: A recursive data dissemination protocol for wireless sensor networks [R]. UCLA/CSD-TR-01-0023. 2001.

[16] NICULESU D， NATH B. Trajectory based fording and its applications [C]//Proceedings of the 9th Annual International Conference on Mobile Computing and Networking， Sep 14-19， 2003， San Diego， CA， USA. New York， NY， USA: ACM， 2003: 260-272.

[17] CHEN B， JAMIESON K， BALAKRISHNAN H， et a1. SPAN: An energy efficient coordination algorithm for topology maintenance in ad hoc wireless networks [J]. Wireless Networks， 2002， 8(5): 481-494.

[18] RAO A， RATNASAMY S， PAPADIMITRIOU C， et a1. Geographic Routing without Location Information [C]//Proceedings of the 9th Annual International Conference on Mobile Computing and Networking， Sep 14-19， 2003， San Diego， CA， USA. New York， NY， USA: ACM， 2003: 96-108.

[19] 蔡曉， 楊庚， 王江濤. 一種基于位置信息的WSN隨機(jī)密鑰預(yù)分配方法[J]. 南京郵電大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版， 2007， 27(1): 20-24.

收稿日期：2008-01-31

作者簡介

鄭鍇，解放軍炮兵學(xué)院在讀碩士研究生。研究方向?yàn)闊o線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議。

童利標(biāo)，解放軍炮兵學(xué)院副教授、碩士研究生導(dǎo)師。研究方向?yàn)槎鄠鞲衅餍畔⑷诤稀o線傳感器網(wǎng)絡(luò)等。

陸文駿，解放軍炮兵學(xué)院講師。研究方向?yàn)闊o線傳感器網(wǎng)絡(luò)。