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一种基于地理位置的无线传感器网络路由协议

张民贵
(北京邮电大学网络与交换技术国家重点实验室宽带网中心，北京100876）

摘要：无线传感器网络节点的通信半径较短、电量有限，路由协议必然采用多跳转发的方式，

节点的能量消耗是路由协议关注的重点。总结了基于地理位置类路由协议的发展现状，提出

了基于最大绕过概率转发的解决路由空洞的算法，并从数学上证明了算法的合理性。实现了

基于地理位置的无线传感器网络路由协议，并通过仿真验证了路由协议的有效性。

关键词：无线传感器网络；路由协议；路由空洞；TOSSIM
AGeographicalRoutingProtocolforWirelessSensorNetworks
ZHANGMingui
(BroadbandResearchCentre,StateKeyLaboratoryofNetworkingandSwitchingTechnology,
BeijingUniversityofPosts&Telecommunications,Beijing,China100876）
Abstract：Thecommunicationscaleandpowerofthenodesinwirelesssensornetworksareboth
verylimited.Theroutingprotocolspaymuchattentiononthepowerconsumingandmustbe
realizedinmulti-hopmode.Thispapersummarizedthecurrentstatusofthegeographicalrouting
protocolsforwirelesssensornetworksandbroughtforwardtheMaxProbabilityFirstforAvoiding
RoutingHolesAlgorithmwhichwasprovedgeometrically.TheGeographicalRoutingProtocol
wasrealizedandvalidatedbyTOSSIM.
KeyWords：wirelesssensornetworks；routingprotocol；routingholes;TOSSIM
中图分类号：TP393.1文献标识码：A
1引言得自身的地理位置信息，并将这些信息存储
在本地。利用这些存储在本地的地理位置信
息来建立路由，可以降低网络因专门维护路
adhoc、无线局域网等传统无线网络主
由协议所需信息而产生的能量开销。这类路
要关注服务质量的提高和网络带宽的有效
由协议被称为基于地理位置的路由协议。
利用率，而无线传感器网络中使用的路由协
基于地理位置的路由协议大都采用贪
议更加关注如何节省节点的电量消耗[1]。无
婪算法，只是在处理“路由空洞”时存在不
线传感器节点的通信半径有限，而网络的部
同[3]。这里的贪婪算法是指：如果邻居节点
署规模往往要超过节点的通信半径，所以节
中有比自己到目的节点的距离更近的节点
点在进行通信时往往要采取多跳转发的方
存在，那么就从自己的邻居中选择距离目标
式。为了完成多跳转发，必须在源节点和目
节点最近的节点作为下一跳节点。而发生路
的节点之间建立路由。如何减少在路由建立
由空洞则是指：所有的邻居节点都比自己到
过程中的通信开销是路由协议关注的焦点。
目的节点的距离远，这时路由过程还没有结
在无线传感器网络中，路由协议有很强
束，但是无法再用贪婪算法选出下一跳节
的应用相关性，不同种类的应用中，路由协
点。当使用贪婪算法进行包的转发时，节点
议的差别很大。在大量的应用中，节点采集
通过本地计算就可以从邻居中选出下一跳
到的信息需要结合节点自身的地理位置才
节点，算法的复杂度很低，不需要发送任何
有实际意义，如环境温度检测、目标跟踪等。
数据包以外的路由包，因此通信开销很低。
在这类应用中，节点借助于定位工具[2]，获
但是在产生路由空洞后，节点就需要向邻居

收稿日期：2005-11-29
基金项目：国家自然科学基金项目“无线传感器网络关键技术研究（60402012）”
节点试探性的发送路由包，以试图解决路由3基于地理位置的无线传感器网络路
空洞，这导致算法的复杂度上升，同时也造
成通信开销的增加。因此，路由空洞解决的由协议
不好会影响基于地理位置路由协议的性能。
本文中的路由协议基于这样的一些假
2基于地理位置路由的发展现状设：节点的位置固定不变；所有的节点都已
经借助于定位系统知晓自己的地理位置；所
基于地理位置路由已有很多算法，如有节点的发射功率都相同，从而其通信半径
GEM[6]，GPSR[4]、GEAR[3]等。其中，GPSR相同；所有节点都知晓其