یکی از موضوعات مهم در شبکه‌های حسگر بی‌سیم(WSN) بحث انتقال داده‌ها و انتخاب مسیر مناسب برای این انتقال است، انتخاب یک مسیر مناسب به عوامل مختلفی از جمله دقت در انتقال داده، انرژی مصرفی، میزان تاخیر و غیره بستگی دارد. پروتکل‌های مسیریابی برای انتخاب بهترین راه برای انتقال داده‌ها از مبدا به مقصد استفاده می‌شوند. داده‌های جمع‌آوری شده در یک شبکه حسگر بی‌سیم توسط گره‌های حسگر به ایستگاه WSN ارسال می‌شوند. WSN شبکه حسگر را به شبکه‌هایی مثل اینترنت متصل می‌کند تا داده‌ها مورد بررسی قرار بگیرند و تجزیه و تحلیل شوند.

اگر شبکه‌های حسگر کوچک باشند WSN ها و گره‌های حسگر به هم نزدیک هستند و می‌توانند با یک دیگر ارتباط مستقیم برقرار کنند، به این شبکه‌ها single-hop می‌گویند. اما در بعضی مواقع منطقه تحت پوشش شبکه حسگر به قدری بزرگ است که برخی از گره‌ها از گره اصلی دور هستند در اینجا ارتباط multi-hop ضروری است زیرا گره‌ها نمی‌توانند به صورت مستقیم با استگاه پایه (WSN) ارتباط برقرار کنند.

انواع پروتکل‌های مسیریابی

پروتکل مسیریابی مبتنی بر کشف مسیر

این پروتکل‌ها بر اساس کشف مسیرها دسته‌بندی می‌شوند:

• پروتکل‌های واکنشی: این پروتکل ها همیشه فعال نیستند بلکه در مواقعی که گره بخواهد داده را به گره دیگری ارسال کند این مسیر ها فعال می شوند.
• پروتکل‌های فعال: این مسیر ها قبل از استفاده و حتی زمانی که جریان ترافیک وجود ندارد تعریف شده‌اند؛ به این پروتکل‌ها جدول محور هم می‌گویند زیرا جداول مسیریابی را برای شبکه کامل با انتقال اطلاعات شبکه از گره به گره حفظ می‌کنند.
• پروتکل‌های مسیریابی ترکیبی: این پروتکل ها نیز با نادیده گرفتن پروتکل های فعال و واکنشی دارای مزایایی هستند.

پروتکل‌های مسیریابی مبتنی بر سازمان شبکه

• توپولوژی مسطح: این توپولوژی برای شبکه‌هایی استفاده می شود که تمام گره‌ها دارای ویژگی‌ها و عملکرد مشابهی هستند.
• مسیریابی مبتنی بر سلسله مراتب: در اکثر مواقع در شبکه‌هایی که گره‌ها با یکدیگر هماهنگ نیستند و یک گره پیشرفته‌تر از گره‌های دیگر است از این روش استفاده می‌شود، اما همیشه هم این طور نیست گاهی اوقات گره‌ها با هم گروه‌بندی می‌شوند تا یک خوشه تشکیل دهند و سر خوشه پس از اینکه داده‌ها را از تمام گره‌ها جمع‌آوری می‌کند با گره پایه ارتباط برقرار می‌کند که استفاده از این روش به راحتی قابل مدیریت است.
• مسیریابی مبتنی بر مکان: در این پروتکل گره‌ها مسیر فعلی خود را پیدا می‌کنند، به بهبود روند مسیریابی کمک می‌کنند و اجازه می‌دهند شبکه‌های حسگر بی‌سیم برخی از خدمات اضافی مانند مسیریابی آگاهانه جغرافیایی و انرژی، سرعت و غیره را ارائه دهند.

پروتکل های مسیریابی مبتنی بر عملیات

• مسیریابی چند مسیری: این پروتکل‌ها مسیرهای متعددی را برای گره‌های شبکه ایجاد می‌کنند که به بهبود عملکرد شبکه کمک می‌کند و یک مسیر جایگزین هم در صورت از بین رفتن مسیر ارائه می‌دهد. شبکه‌های متراکم از این شبکه‌ها استفاده می‌کنند.
• مسیریابی مبتنی بر پرس و جو: در این مسیریابی گره‌ها داده‌ها را بر اساس پرسش‌ها تولید و به مقصد ارسال می‌کنند، ابتدا گره مقصد پرسش را از طریق شبکه می‌فرستد و گره هدف اطلاعات را جمع‌آوری می‌کند و به گره‌ای که درخواست را ارسال کرده می‌فرستد.
• مسیریابی مبتنی بر مذاکره: در این پروتکل برای اینکه داده‌های اضافی به حداقل برسد گره‌ها با یکدیگر به گفت‌و‌گو می‌پردازند و منابع خود را با گره‌های دیگر به اشتراک می‌گذارند.
• مسیریابی مبتنی بر QOS: پروتکل‌های آگاه از QoS نقش بسیار مهمی در بهبود عملکرد شبکه‌های حسگر بی‌سیم ایفا می‌کنند. با در نظر گرفتن نیازهای خاص هر کاربرد و انتخاب مناسب‌ترین پروتکل، می‌توان به انتقال داده‌های کارآمد و مطمئن دست یافت.

عوامل موثر بر عملکرد پروتکل مسیریابی

• اندازه شبکه: برخی از پروتکل‌های مسیریابی برای شبکه‌هایی با اندازه‌های مختلف بهینه شده‌اند. برخی از پروتکل‌ها برای شبکه‌های کوچک و ساده مناسب‌تر هستند، در حالی که برخی دیگر می‌توانند شبکه‌های پیچیده و در مقیاس بزرگ را پشتیبانی کنند.
• نوع ترافیک: نوع ترافیک، از جمله صدا، ویدیو و داده، بر انتخاب پروتکل مسیریابی تأثیر می‌گذارد. برخی از پروتکل‌ها برای ترافیک کم تاخیر بهینه شده‌اند، در حالی که برخی دیگر برای ترافیک با پهنای باند بالا مناسب هستند.
• پایداری: پروتکل مسیریابی باید در صورت تغییر در توپولوژی شبکه و ترافیک پایدار باشد.

چالش‌های مسیریابی درWSN ها

• گره‌های حسگر بی‌سیم به خوبی نمی‌توانند از پروتکل‌های مبتنی بر IP استفاده کنند. به همین دلیل به یک شناسه یکتا برای هر گره نیاز دارند که مدیریت این شناسه‌ها وضعیت گره‌ها را پیچیده می‌کنند.
• داده‌ها باید از چندین منبع در شبکه‌های حسگر بی‌سیم به یک ایستگاه پایه (WSN) ارسال شوند. طراحی مسیریابی باید به گونه‌ای باشد که انتقال داده‌ها به طور موثر باشد تا داده‌ها تجزیه و تحلیل و پردازش شوند.
• برخی از گره‌های حسگر ممکن است داده‌های مشابهی تولید کنند مسیریابی باید به طوری انجام شود که به طور موثر از داده‌های تکراری استفاده کنند. این کار باعث بهبود کارایی و کاهش مصرف منابع می‌شود.
• گره‌های حسگر با محدودیت‌هایی همچون پهنای باند، ظرفیت ذخیره‌سازی، انرژی و غیره مواجه هستند. پروتکل‌های مسیریابی باید به گونه‌ای طراحی شوند که بتوانند با این محدودیت‌ها مقابله کنند.

کشف پروتکل یک مسئله اساسی در WSN ها است که انتقال داده کارآمد و قابل اعتماد را تضمین می‌کند. با درک روش‌ها، چالش‌ها و پیشرفت‌های اخیر در این موضوع، طراح شبکه در موقعیتی قرار می‌گیرد که استراتژی‌های مناسبی را برای کشف با توجه به نیازهای کاربردی در دست انتخاب کند.