李 堯，滑 楠，田羅庚，王 荃

(1.空軍工程大學(xué)信息與導(dǎo)航學(xué)院，西安 710077;2.解放軍95482部隊(duì)，成都 610081;3.西安通信學(xué)院，西安 710106;4.解放軍93995部隊(duì)，西安 710306)

1 引言

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Network，WSN)的最初設(shè)想是由美國(guó)軍方于1978年提出，它是由具備一定的運(yùn)算、存儲(chǔ)和無(wú)線通信能力的體積小、資源極端受限的傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的。WSN融合了傳感器技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)、分布式信息處理和通信技術(shù)[1］，能夠通過(guò)節(jié)點(diǎn)對(duì)復(fù)雜環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)、感知并對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理從而得到準(zhǔn)確的信息。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有廣泛的應(yīng)用前景，包括了醫(yī)療、軍事、家庭等許多領(lǐng)域[2］。作為物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)，也被認(rèn)為是21世紀(jì)最重要的技術(shù)之一。

與其他已有的信息網(wǎng)絡(luò)不同，WSN規(guī)模較大，動(dòng)態(tài)性較強(qiáng)，傳感器節(jié)點(diǎn)的能量、通信能力、計(jì)算和存儲(chǔ)能力等有限，很難由人工對(duì)大量傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行精確的部署和管理，需要結(jié)合其特性，利用一種合適的模型和方法對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)和分析，以提高其可靠性和運(yùn)行效率，完成既定應(yīng)用目標(biāo)。目前WSN的主要研究?jī)?nèi)容集中在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議方面，其主要目標(biāo)是在保證數(shù)據(jù)可靠傳輸?shù)幕A(chǔ)上通過(guò)合理的路由協(xié)議來(lái)降低節(jié)點(diǎn)的能量消耗，從而達(dá)到延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生命周期的目的。本文從優(yōu)化方式、適用場(chǎng)景、監(jiān)測(cè)類型等方面對(duì)部分分簇路由協(xié)議進(jìn)行分析，并提出對(duì)路由協(xié)議影響最為重要的幾個(gè)因素，對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的設(shè)計(jì)提供一定參考。

2 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議分類

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)主要是由sink節(jié)點(diǎn)和大量傳感器節(jié)點(diǎn)組成，傳感器節(jié)點(diǎn)將感知到的信息通過(guò)一定的路由協(xié)議匯集到sink節(jié)點(diǎn)，如圖1所示。用戶只需要從sink節(jié)點(diǎn)來(lái)獲取有用的信息。

圖1 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)Fig.1 The structure of wireless sensor network

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)的Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)和蜂窩網(wǎng)絡(luò)在路由協(xié)議方面有較大區(qū)別和更多的要求，這是由無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)所決定的:

(1)傳感器節(jié)點(diǎn)受到能量、處理能力和存儲(chǔ)空間的嚴(yán)格限制，因此節(jié)點(diǎn)需要精細(xì)的資源管理;

(2)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)需要將節(jié)點(diǎn)感知到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)絪ink節(jié)點(diǎn);

(3)路由協(xié)議的設(shè)計(jì)需要根據(jù)具體的應(yīng)用;

(4)當(dāng)傳感器節(jié)點(diǎn)部署好后，其位置基本不發(fā)生變化，因此網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)一般不會(huì)改變;

(5)在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，采集到的數(shù)據(jù)有很高的概率會(huì)存在冗余，必須通過(guò)路由協(xié)議來(lái)消除，以提高能量和帶寬利用率。

因此，設(shè)計(jì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議時(shí)要充分考慮它的這些特點(diǎn)，同時(shí)盡量降低能量消耗提高網(wǎng)絡(luò)的生存時(shí)間。在目前的路由協(xié)議研究中，從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)方面看可以分為平面路由協(xié)議和分簇路由協(xié)議兩大類。

在平面路由協(xié)議中，節(jié)點(diǎn)的地位是平等的。其優(yōu)點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)中不存在特殊的節(jié)點(diǎn)，路由協(xié)議的魯棒性較好，通信流量平均分散在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中;缺點(diǎn)是可擴(kuò)展性較差，并且網(wǎng)絡(luò)規(guī)模受限。

在分簇路由協(xié)議中，網(wǎng)絡(luò)被劃分為簇的結(jié)構(gòu)，每一個(gè)簇都是由一個(gè)簇頭和多個(gè)簇節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，簇頭是由不用的選舉算法選舉產(chǎn)生，它負(fù)責(zé)將簇內(nèi)的信息進(jìn)行融合處理后向更高一級(jí)傳遞，以此來(lái)減少通信開(kāi)銷。簇結(jié)構(gòu)可以擴(kuò)展到不止兩層，但是要保證每一層都遵守相同的通信原則。

分簇路由具有的可擴(kuò)展性強(qiáng)、能量利用高效、數(shù)據(jù)融合簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)[3］使其成為當(dāng)前的研究重點(diǎn)，本文也主要對(duì)分簇路由協(xié)議進(jìn)行研究。

3 分簇路由協(xié)議研究成果

目前，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)相關(guān)方面的分簇路由協(xié)議研究主要有以下幾種類型:一是專門對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由的研究，提出了明確的路由協(xié)議或者對(duì)已有路由協(xié)議進(jìn)行優(yōu)化，如文獻(xiàn)[4－7，9－11，13－16］;二是研究無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的其他問(wèn)題時(shí)對(duì)路由中的一些問(wèn)題進(jìn)行討論，如文獻(xiàn)[17－22］，這雖然不是路由研究的主要目的，但是討論的成果可以在路由協(xié)議的設(shè)計(jì)中進(jìn)行借鑒。本文主要對(duì)第一類中有代表性的文獻(xiàn)進(jìn)行分析。在專門針對(duì)WSN路由的研究又可以分為兩類，一類偏重于對(duì)路由拓?fù)渌惴ê蛥f(xié)議的設(shè)計(jì)上，另一類偏重于對(duì)路由協(xié)議的優(yōu)化。

3.1 網(wǎng)絡(luò)路由拓?fù)浞矫嫜芯砍晒?/h3>

LEACH(Low－Energy Adaptive Clustering Hierarchy)[4］是最早提出的分簇路由協(xié)議，也是最為經(jīng)典的WSN路由協(xié)議。LEACH協(xié)議中，節(jié)點(diǎn)通信按輪進(jìn)行，每輪開(kāi)始從節(jié)點(diǎn)中隨機(jī)產(chǎn)生多個(gè)簇頭(簇頭輪流擔(dān)任)，從而使節(jié)點(diǎn)能量消耗均勻。節(jié)點(diǎn)擔(dān)任簇頭后向所有節(jié)點(diǎn)廣播自己成為簇頭的消息，每個(gè)節(jié)點(diǎn)根據(jù)接收到廣播信號(hào)的強(qiáng)弱來(lái)決定加入哪個(gè)簇，并將數(shù)據(jù)傳給簇頭，再由簇頭將數(shù)據(jù)融合后轉(zhuǎn)發(fā)給sink節(jié)點(diǎn)，這樣既降低了數(shù)據(jù)量又縮短了單跳的傳輸距離。但是，LEACH算法也有不足之處:由于簇頭隨機(jī)產(chǎn)生導(dǎo)致簇頭分布不均勻有可能發(fā)生“熱區(qū)”現(xiàn)象或者某些節(jié)點(diǎn)附近沒(méi)有簇頭;簇頭選擇時(shí)沒(méi)有考慮節(jié)點(diǎn)的剩余能量，可能某個(gè)當(dāng)選簇頭的剩余能量不足以完成整個(gè)通信過(guò)程，使整個(gè)簇的數(shù)據(jù)丟失;簇頭與sink節(jié)點(diǎn)直接進(jìn)行通信，當(dāng)簇頭遠(yuǎn)離sink節(jié)點(diǎn)時(shí)通信開(kāi)銷會(huì)很大，導(dǎo)致簇頭節(jié)點(diǎn)過(guò)早死亡。

PEGASIS(Power－Efficient Gathering in Sensor Information Systems)[5］是在 LEACH 協(xié)議基礎(chǔ)上進(jìn)行的改進(jìn)，它利用貪婪算法將所有傳感器節(jié)點(diǎn)連接成一條鏈，在鏈上選取一個(gè)節(jié)點(diǎn)作為簇頭，簇頭兩側(cè)的鏈將數(shù)據(jù)融合后通過(guò)簇頭傳輸給sink節(jié)點(diǎn)。PEGASIS協(xié)議將縮短單跳距離的原則做到了極致，節(jié)點(diǎn)只與離自己最近的節(jié)點(diǎn)成鏈。仿真結(jié)果表明，PEGASIS與LEACH協(xié)議相比，網(wǎng)絡(luò)的壽命可以延長(zhǎng)1倍，但是遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)要傳到sink節(jié)點(diǎn)需要經(jīng)過(guò)許多中間節(jié)點(diǎn)，這會(huì)引起較大的傳輸延遲，不適用于實(shí)時(shí)性要求比較高的環(huán)境。同時(shí)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)只有一個(gè)簇頭，所有數(shù)據(jù)都要從此簇頭傳輸，對(duì)簇頭節(jié)點(diǎn)的能量消耗會(huì)非常大，尤其是對(duì)距離sink節(jié)點(diǎn)較遠(yuǎn)的簇頭節(jié)點(diǎn)來(lái)說(shuō)。

LEACH－P[6］算法結(jié)合了 LEACH協(xié)議和 PEGASIS協(xié)議的優(yōu)點(diǎn)，簇頭選擇依照LEACH協(xié)議的原則，并加入一個(gè)閥值，從而避免了簇頭節(jié)點(diǎn)在通信過(guò)程中死亡的情況。簇頭之間利用PEGASIS協(xié)議成鏈的思想，簇頭根據(jù)貪婪算法成鏈，這樣也解決了大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)部署情況下簇頭距離sink節(jié)點(diǎn)過(guò)遠(yuǎn)導(dǎo)致的開(kāi)銷過(guò)大的問(wèn)題，同時(shí)克服了PEGASISI協(xié)議實(shí)時(shí)性差的問(wèn)題。

文獻(xiàn)[7］根據(jù)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較大時(shí)按正六邊行進(jìn)行分簇效果更佳[8］的特點(diǎn)，以合適的邊長(zhǎng)完成初步的六邊形分簇，如圖2所示，根據(jù)簇內(nèi)的節(jié)點(diǎn)數(shù)進(jìn)行分簇優(yōu)化，再由節(jié)點(diǎn)的剩余能量選擇簇頭以及傳輸路徑。

圖2 正六邊形分簇結(jié)構(gòu)Fig.2 The regular hexagon structure of cluster

文獻(xiàn)[9］提出了一種新的網(wǎng)絡(luò)分簇和數(shù)據(jù)匯聚方法，即CABSM算法，將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)劃分為正方形的單元格，每個(gè)單元格為一個(gè)簇并生成一個(gè)一級(jí)簇頭，簇頭由剩余能量最多的節(jié)點(diǎn)擔(dān)任，負(fù)責(zé)簇內(nèi)數(shù)據(jù)收集和融合。一級(jí)簇頭通過(guò)簇間數(shù)據(jù)匯聚方法將數(shù)據(jù)發(fā)送給二級(jí)簇頭，二級(jí)簇頭選取時(shí)綜合考慮節(jié)點(diǎn)的剩余能量和與sink節(jié)點(diǎn)的通信能耗，二級(jí)簇頭再將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)發(fā)送給sink節(jié)點(diǎn)。

3.2 路由協(xié)議優(yōu)化方面研究成果

HEED[10］(Hybrid Energy － efficient Distributed Clustering)是對(duì)LEACH協(xié)議的優(yōu)化，它指出了一種能量消耗模型，當(dāng)節(jié)點(diǎn)成功發(fā)送n比特?cái)?shù)據(jù)到距離為d的位置時(shí)，消耗的能量為

式中，Eelec表示節(jié)點(diǎn)發(fā)射裝置發(fā)送和接收單位比特?cái)?shù)據(jù)時(shí)消耗的能量，d0表示單跳通信的距離閥值，Efs表示d＜d0條件下節(jié)點(diǎn)放大器將單位比特?cái)?shù)據(jù)傳送單位距離所消耗的能量，Emp表示d≥d0條件下節(jié)點(diǎn)放大器將單比特?cái)?shù)據(jù)傳送單位距離所消耗的能量。

從公式可以看出，節(jié)點(diǎn)的能量消耗既跟傳輸?shù)谋忍財(cái)?shù)有關(guān)，也跟傳輸?shù)木嚯x有關(guān)，并且當(dāng)傳輸距離較近時(shí)，能量消耗與d2成正比，當(dāng)傳輸距離較遠(yuǎn)時(shí)，能量消耗與d4成正比。它還提出延長(zhǎng)生命周期、可擴(kuò)展性和負(fù)載平衡是WSN中3個(gè)重要的需求，可以通過(guò)平均整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的能量消耗來(lái)延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的生命周期。HEED主要是對(duì)簇頭的選擇進(jìn)行優(yōu)化，依據(jù)主、次兩個(gè)參數(shù):主參數(shù)是剩余能量，用來(lái)決定簇頭集合，剩余能量多的節(jié)點(diǎn)成為簇頭的概率也較大;次參數(shù)主要是簇內(nèi)通信代價(jià)，決定節(jié)點(diǎn)最終屬于哪個(gè)簇。

文獻(xiàn)[13］根據(jù)節(jié)點(diǎn)的剩余能量和整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的平均剩余能量來(lái)選擇簇頭，剩余能量多的節(jié)點(diǎn)當(dāng)選簇頭的概率較大，以達(dá)到均衡各節(jié)點(diǎn)能耗的目的。文獻(xiàn)[14］提出了一種能量自適應(yīng)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，使得在sink節(jié)點(diǎn)附近的區(qū)域內(nèi)，每個(gè)簇由較少的節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，在保證了轉(zhuǎn)發(fā)其他簇信息的同時(shí)降低了本簇內(nèi)收集數(shù)據(jù)的能量消耗，較好地解決了“熱區(qū)”問(wèn)題。

文獻(xiàn)[15］和文獻(xiàn)[16］描述的算法與傳統(tǒng)的sink節(jié)點(diǎn)被動(dòng)接收數(shù)據(jù)不同，文獻(xiàn)[15］提出了一種具有移動(dòng)sink節(jié)點(diǎn)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)被劃分為若干個(gè)網(wǎng)格，每個(gè)網(wǎng)格選取自己的簇頭，簇頭負(fù)責(zé)收集簇內(nèi)興趣事件，進(jìn)行數(shù)據(jù)融合后發(fā)給sink節(jié)點(diǎn)。選取簇頭是為避免出現(xiàn)簇頭出現(xiàn)在網(wǎng)格邊緣的情況以網(wǎng)格中心為基準(zhǔn)，建立一個(gè)簇頭候選區(qū)域，并結(jié)合節(jié)點(diǎn)剩余能量、與網(wǎng)格中心的距離和鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)綜合選取簇頭。sink節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中隨機(jī)移動(dòng)，當(dāng)?shù)竭_(dá)一個(gè)網(wǎng)格時(shí)通知該網(wǎng)格的簇頭更新其位置信息，然后該簇頭再將位置信息分發(fā)給其他簇頭，sink節(jié)點(diǎn)的隨機(jī)移動(dòng)均衡了各個(gè)簇頭的能量消耗。

還有一種思想是sink節(jié)點(diǎn)固定不動(dòng)，為實(shí)現(xiàn)特定的功能派出移動(dòng)Agent(Mobile Agents，MA)。MA為一段可以實(shí)現(xiàn)自治功能的代碼，其沿著設(shè)計(jì)好的方式移動(dòng)，在經(jīng)過(guò)的傳感器上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的壓縮和融合。文獻(xiàn)[16］在此基礎(chǔ)上提出了一種數(shù)據(jù)分流的策略，當(dāng)MA攜帶的數(shù)據(jù)達(dá)到一定量之后把MA攜帶的數(shù)據(jù)發(fā)送給sink，而MA僅帶一個(gè)頭部繼續(xù)訪問(wèn)接下來(lái)的節(jié)點(diǎn)，從而降低了由于數(shù)據(jù)量過(guò)大對(duì)傳輸能量的浪費(fèi)。

上述分簇路由協(xié)議的詳細(xì)對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 分簇路由協(xié)議對(duì)比Table 1 The comparison of cluster routing protocols

4 對(duì)分簇路由協(xié)議的進(jìn)一步研究

路由協(xié)議從應(yīng)用的角度可以在可擴(kuò)展性和性能特點(diǎn)方面進(jìn)行區(qū)分。如表1所示，有些協(xié)議設(shè)計(jì)的比較適合大型網(wǎng)絡(luò)，如文獻(xiàn)[6－7，9，15－16］，有些用在小型網(wǎng)絡(luò)中效果明顯，如文獻(xiàn)[4－5，10－11，13－14］;有些協(xié)議可擴(kuò)展性較強(qiáng)，如獻(xiàn)[4－7，9－10，15－16］;有些協(xié)議的可擴(kuò)展性一般，如文獻(xiàn)[10－11，13］，由此可以看出實(shí)際中沒(méi)有適合所有情況的路由協(xié)議。因此，在設(shè)計(jì)路由協(xié)議時(shí)應(yīng)當(dāng)首先考慮實(shí)際的應(yīng)用情況，在此基礎(chǔ)上再考慮對(duì)路由協(xié)議影響最為重要的幾個(gè)因素。

(1)能量因素

能量的大小直接影響著網(wǎng)絡(luò)的生存時(shí)間，如何合理的利用有限的能量，延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的生存時(shí)間是評(píng)價(jià)一個(gè)路由協(xié)議優(yōu)劣的重要指標(biāo)。

(2)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)性

在絕大多數(shù)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)部署到位后就不會(huì)再移動(dòng)了，但是在一些特殊的環(huán)境下如軍事方面，節(jié)點(diǎn)不但會(huì)運(yùn)動(dòng)，而且有可能會(huì)以較高速度移動(dòng)，這就對(duì)路由協(xié)議的設(shè)計(jì)提出了更高的要求。

(3)網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模

網(wǎng)絡(luò)的規(guī)?？梢詮母采w范圍和節(jié)點(diǎn)數(shù)量?jī)蓚€(gè)方面來(lái)看，覆蓋范圍主要是關(guān)系著節(jié)點(diǎn)之間的距離，節(jié)點(diǎn)數(shù)量主要關(guān)系著網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)量。

(4)節(jié)點(diǎn)的部署方式

主要是指節(jié)點(diǎn)在部署的時(shí)候在確定的位置部署還是隨機(jī)部署，這就牽扯到網(wǎng)絡(luò)的位置信息。如果節(jié)點(diǎn)是在確定的位置進(jìn)行部署，那么就不需要再討論位置信息的問(wèn)題。如果是隨機(jī)部署的話，那么還需要利用路由協(xié)議得到節(jié)點(diǎn)的位置信息。

(5)數(shù)據(jù)的傳輸方式

數(shù)據(jù)按照傳輸?shù)姆绞綇幕镜慕嵌葋?lái)看可以分為主動(dòng)式和被動(dòng)式兩種:主動(dòng)式協(xié)議中，基站只對(duì)自己感興趣的節(jié)點(diǎn)信息進(jìn)行采集;而在被動(dòng)式協(xié)議中，節(jié)點(diǎn)采集到的所有信息都被送到基站處。

(6)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?/p>

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是以采集數(shù)據(jù)為目的的，得到及時(shí)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)是對(duì)所有路由協(xié)議的共同要求，數(shù)據(jù)能否可靠的傳輸在軍事、災(zāi)害預(yù)防和搶險(xiǎn)救災(zāi)等領(lǐng)域顯得尤為重要。

由前面的分析可以發(fā)現(xiàn)，在對(duì)分簇?zé)o線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的研究中，幾乎所有的協(xié)議都是從如何提高節(jié)點(diǎn)的能量利用率方面考慮的，但是卻忽視了對(duì)其他因素的考慮，例如節(jié)點(diǎn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和路由的可靠性。具有最優(yōu)跳數(shù)的路由有可能會(huì)包含不可靠路徑，從而降低數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃訹23］。并且隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)從同構(gòu)型網(wǎng)絡(luò)，即所有節(jié)點(diǎn)都具有相同的結(jié)構(gòu)和功能，發(fā)展到由許多功能各異的節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的異構(gòu)型網(wǎng)絡(luò)[24－26］。與之相適應(yīng)，路由協(xié)議也應(yīng)該向著各節(jié)點(diǎn)之間相互協(xié)作的方向發(fā)展，這樣既能提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃砸材芨咝У陌l(fā)揮各個(gè)節(jié)點(diǎn)的功能。此外，在研究節(jié)點(diǎn)協(xié)作的協(xié)議時(shí)可以用多Agent系統(tǒng)模型來(lái)考慮。

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)作主要包括協(xié)作資源的使用、協(xié)作信號(hào)與信息處理、協(xié)作任務(wù)的分配與執(zhí)行等[27］，其中協(xié)作資源的使用主要是利用通信協(xié)議來(lái)提高無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的性能，協(xié)作信號(hào)與信息處理是解決如何進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，為協(xié)作提供基本數(shù)據(jù)，協(xié)作任務(wù)的分配與執(zhí)行是指任務(wù)的描述、分配、調(diào)度與執(zhí)行。在設(shè)計(jì)路由協(xié)議時(shí)主要從協(xié)作任務(wù)的分配與執(zhí)行方面研究。

多Agent系統(tǒng)(Multi－agentSystem，MAS)[28－30］是一種分布式的并發(fā)系統(tǒng)，是由多個(gè)A-gent組成的Agent社會(huì)，具有自治性、分布性、協(xié)調(diào)性和自適應(yīng)性，并且具有自組織能力、學(xué)習(xí)能力和推理能力，Agent之間可以通過(guò)協(xié)商和協(xié)作解決大規(guī)模的復(fù)雜問(wèn)題。在多Agent系統(tǒng)中，每個(gè)Agent都不具備解決問(wèn)題的完整知識(shí)，沒(méi)有全局系統(tǒng)控制，數(shù)據(jù)是分散的，計(jì)算是異步的[26］。多Agent系統(tǒng)的這些特性與無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)十分相似，因此MAS就非常適合被運(yùn)用到無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)作路由的設(shè)計(jì)中。將之結(jié)合到簇結(jié)構(gòu)的路由協(xié)議中，將簇內(nèi)的所有節(jié)點(diǎn)集合看成是一個(gè)小型的Agent社會(huì)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)是具有不同功能的Agent成員，節(jié)點(diǎn)之間由某種路由協(xié)議相連并且可以通過(guò)協(xié)作的方法來(lái)解決復(fù)雜的問(wèn)題，而不需要由用戶來(lái)控制。

所有的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議都是為了達(dá)到一個(gè)共同的目標(biāo)，那就是通過(guò)一定的傳輸路徑獲取網(wǎng)絡(luò)中各傳感器節(jié)點(diǎn)采集到的信息，為了保證能夠更好的達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，在設(shè)計(jì)路由協(xié)議時(shí)一般還會(huì)遵循以下幾個(gè)原則:提高網(wǎng)絡(luò)的生存時(shí)間，有效的能量消耗控制，具有完成多樣化任務(wù)的能力，降低數(shù)據(jù)的傳輸延時(shí)和增強(qiáng)整個(gè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的性能[31］。

5 總結(jié)

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以幫助人類在各種復(fù)雜環(huán)境和難以到達(dá)的環(huán)境下采集和傳輸數(shù)據(jù)，在未來(lái)的生活中將扮演越來(lái)越重要的角色。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行非常復(fù)雜，這就需要高效的路由協(xié)議來(lái)支撐。分簇結(jié)構(gòu)的路由協(xié)議作為最適合無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的形式得到了廣泛研究。隨著無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在各領(lǐng)域廣泛的應(yīng)用，對(duì)路由協(xié)議的要求已經(jīng)不僅僅是節(jié)約能量了，既要求可靠的傳輸數(shù)據(jù)，還需要它能對(duì)突發(fā)事件做出正確的響應(yīng)，但是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)受到體積、能量等限制，不可能獨(dú)立完成這些任務(wù)，因此需要多節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行相互協(xié)作，而多Agent系統(tǒng)與無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)作路由的特點(diǎn)十分相似，因此它是描述、設(shè)計(jì)和分析無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的一種自然而有效的方法。

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