傳統無線感測網路上資料傳送和接收的方式

在無線感測網路上，感測節點必須將感測到的資料傳送到無線資料收 集節點，傳送的方式大致分為直接的傳送和間接的傳送（圖 2）。而在無線 感測網路的傳輸模式上大致分為四種[9]：Single Hop without Clustering、

Multi-hop without Clustering、Single Hop with Clustering 和 Multi-hop with Clustering。直接傳送是當資料收集節點發出詢問後或是感測節點經過固定 的週期，感測節點就會將資料以直接的方式把無線電波傳送到資料收集節 點。但通常感測節點與資料收集節點的距離不一定會很近，以有限的能源 進行長距離的傳輸將會對感測節點消耗過多的能源，因此感測節點以直接 傳送的方式傳輸資料是很沒有效率的。

圖 2 無線感測網路示意圖。（來源[6]）

另外一種間接傳送的方式是使用多重跳躍代傳的機制（ Multi-hop Relay），早期 Pottie G.J.和 Kaister W.J. 於 2000 年提出多重跳躍代傳的機制

以提高能源消耗效率[10]，這方式主要是建立網路路由（Routing），依照不 同的網路需求或條件，感測網路中的感測節點會建立出拓樸結構，如 Tree、

Cluster，當感測節點判斷與資料收集節點的距離過遠時，會在感測資料裡挑 選出離自己距離最近或是做適合的感測節點來傳送資料，收到資料的感測 節點將資料加以統整（Data Aggregation）並且將資料傳送到最適合的感測 節點，一直到將資料傳送到資料收集節點或基地台為止。感測節點傳輸資 料所選擇的方式形成了資料傳輸的路徑，以多重跳躍的傳送方式將資料傳 送到資料收集節點的方法就是間接傳送。

在無線感測網路上，感測節點數量相當的龐大且感測節點有可能因為 電量不足或是外在因素而失效，再加上感測節點有著能源、功能以及傳輸 範圍上的限制，使得接近無線感測網路架構的無線隨意網路（Wireless

Ad-Hoc Network）的網路協定和演算法無法直接套用在無線感測網路上。

因此根據感測網路的需求、傳送方式、路由的選擇，發展出屬於無線 感測網路的協定：

1. Flooding：Flooding 是早期無線感測網路發展出的協定，技術原 理也相當的簡單。當感測節點接受到資料時，會將資料以廣播的方 式傳送給在傳輸範圍內的所有感測節點，以這個方式持續廣播，直 到封包到達目的地。Flooding 的優點在於不需時時去更新網路拓樸 的結構，也不需要用到複雜的路由演算法，但卻造成了資料大量傳

送不去判斷是否重複及能源過度耗費等問題。

2. Directed Diffusion[6]：Directed Diffusion 的優點是不以感測節點的 位置來做區分，而是以感測節點所感測到的資料來分類。基地台或 資料收集節點會先將想收集資料的封包廣播出去，裡面的訊息包括 資料的類型、名稱和所想要感測的區域等等，並且在傳輸封包的過 程中建立感測節點之間路徑的梯度關係，當感測節點擁有基地台或 資料收集節點所需要的資料時，感測節點就會根據建立起的梯度關 係選擇最適合的路徑，將資料回傳給基地台或資料收集節點。因為 整個網路路由方式是以區域的資料交換所構成，所以每一個感測節 點不需要去收集整個網路拓樸的架構，由於不需要時時更新網路拓 樸的結構，因此相當適合會動態變化的無線感測網路架構。

3. SPIN（Sensor Protocols for Information via Negotiation）[6]：SPIN

是以資料為中心的自我判斷路由協定，透過感測節點之間的相互詢 問去解決 Flooding 所造成的資料大量重複傳送的問題。當感測節點 要傳輸資料給在傳輸範圍內節點的時候，會先廣播一個簡短的廣告 封包（ADV），封包裡面儲存著感測節點感測到的資料描述，當範 圍內的鄰居接受到封包之後，會判斷是否對資料內容有需要而回傳 回應封包（REQ），當感測節點收到回應封包，就會將完整的資料 傳送給發出回應封包的鄰居，到最後，對資料內容有需要的感測節 點或資料收集節點，都會得到一份複製的資料。

4. LEACH（Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy）[3]：LEACH 是一種將網路拓樸以叢集（Cluster）分群為基礎減少能源消耗的方 法。LEACH 是一種將多個鄰近的感測節點組織成一個叢集，所有 的感測節點最後會分為好幾個叢集，再從每個叢集裡面經由一定的

程序來輪流選出一個感測節點來當叢集頭（Cluster-Head），叢集頭 主要是負責收集叢集內所有感測節點所傳送的資料，並且將所有的 資料加以統整，再直接或是經由其他的叢集頭傳送到基地台或是資 料收集節點。另外，叢集每隔一段時間就會重新選擇叢集頭，讓叢 集中每個感測節點都能平均分攤擔任叢集頭所要消耗的能源，便能 夠避免只有某些感測節點消耗大量的能源將資料傳送到基地台或 資料收集節點。LEACH 不僅能夠平衡感測網路中每個感測節點的 能源消耗，同時又能夠延長整個感測網路的生存時間。