Mặc dù có khá nhiều điểm tương đồng so với các mạng ad-hoc có dây và không dây nhưng WSN cũng biểu lộ một số các đặc tính duy nhất mà bắt buộc chúng phải tồn tại thành mạng riêng, ví dụ như các nút cảm biến thường ít di động, khả năng hạn chế, mật độ triển khai dày đặc hơn so với các mạng ad-hoc di động (MANET)… Điều này đòi hỏi phải đặt ra các giải pháp hiệu quả năng lượng mới cho một số vấn đề kết nối mạng không dây thông thường, chẳng hạn như điều khiển truy nhập môi trường, định tuyến, tự tổ chức, phân bổ băng thông, và bảo mật, đồng nghĩa với việc tập trung mũi nhọn vào yêu cầu thiết kế các giao thức định tuyến mới khác xa so với các giao thức định tuyến trong các mạng không dây khác, kèm theo đó là một tập các thách thức lớn và riêng đối với WSN như sau:
- Mạng cảm biến có một số lượng lớn các nút, cho nên ta không thể xây dựng được sơ đồ địa chỉ toàn cầu cho việc triển khai số lượng lớn các nút đó vì lượng mào đầu để duy trì ID quá cao.
- Dữ liệu trong mạng cảm biến yêu cầu cảm nhận từ nhiều nguồn khác nhau và truyền đến BS.
- Các nút cảm biến bị ràng buộc khá chặt chẽ về mặt năng lượng, tốc độ xử lý, lưu trữ.
- Hầu hết trong các ứng dụng mạng cảm biến các nút nói chung là tĩnh sau khi được triển khai ngoại trừ một vài nút có thể di động.
- Mạng cảm biến là những ứng dụng phục vụ cho mục đích riêng biệt mang tính đặc thù riêng.
- Việc nhận biết vị trí là vấn đề rất quan trọng vì việc tập hợp dữ liệu thông thường dựa trên vị trí.
- Khả năng dư thừa dữ liệu rất cao vì các nút cảm biến thu lượm dữ liệu dựa trên hiện tượng chung .
Định tuyến là một tiến trình xác định đường đi giữa nguồn và đích dựa trên yêu cầu truyền dẫn dữ liệu. Trong mạng WSN thì lớp mạng sẽ thực hiện việc định tuyến cho dữ liệu đầu vào. Với các mạng truyền thông đa bước các nút nguồn không thể kết nối với đích một cách trực tiếp mà phải có các nút trung gian chuyển tiếp các gói tin. Trong bảng định tuyến tại mỗi nút gồm một danh sách các nút để gói tin được gửi tới đích. Các giao thức định tuyến sẽ làm nhiệm vụ xây dựng và duy trì các bảng định tuyến này.
Hình 2. 1. Phân loại giao thức định tuyến trong WSN
Các giao thức định tuyến trong mạng WSN có thể được phân loại như hình 2.1. Các giao thức được phân loại theo kiến trúc mạng có các hoat động được yêu cầu rất chặt chẽ. Nó được phân thành 3 phân lớp nhỏ hơn là: định tuyến phẳng, định tuyến phân cấp và định tuyến dựa trên vị trí.
Định tuyến thông qua kiến trúc phẳng (Flat Architecture) trong đó các nút có vai trò như nhau. Kiến trúc phẳng có một vài lợi ích về chi phí quản lý tối
thiểu để duy trì cơ sở hạ tầng thấp, có khả năng khám phá ra nhiều đường giữa các nút truyền dẫn để chống lại lỗi và tất cả các nút thường có vai trò hoặc chức năng như nhau.
Ví dụ về giao thức định tuyến loại này là: định tuyến nhận biết năng lượng EAR, thuật toán chuyển tiếp giá tối thiểu MCFA, giao thức cảm biến cung cấp thông tin qua đàm phán SPIN, Định tuyến gán số thứ tự SAR…
Định tuyến phân cấp theo cụm. Lợi dụng cấu trúc của mạng để đạt được hiệu quả về năng lượng, sự ổn định và sự mở rộng. Trong loại giao thức này các nút mạng tự tổ chức thành các cụm. Trong đó, có một nút có mức năng lượng cao hơn các nút khác và đóng vai trò là nút chủ. Nút chủ thực hiện phối hợp hoạt động trong cụm và chuyển tiếp thông tin giữa các nút cụm với nhau. Việc tạo thành các cụm có khả năng làm giảm tiêu thụ năng lượng và kéo dài thời gian sống cho mạng. Những giao thức phân lớp điển hình là: giao thức định tuyến năng lượng động phân cấp HPAR, giao thức mạng cảm biến hiệu quả năng lượng nhạy cảm theo ngưỡng TEEN, giao thức mạng liên lạc năng lượng tối thiểu MECN…
Giao thức định tuyến dựa theo vị trí tùy thuộc vào cấu trúc của mạng. Trong đó vị trí của các nút cảm biến được sử dụng để tìm đường và chúng được định vị phần lớn dựa vào GPS. Khoảng cách giữa các nút được xác định bởi độ mạnh của tín hiệu thu được từ các nút đó và việc hợp tác được tính toán qua việc trao đổi thông tin với nút hàng xóm. Các giao thức định tuyến dựa trên vị trí là: Định tuyến gán số thứ tự SAR, giao thức định tuyến nhận thức năng lượng và địa lý GEAR, định tuyến khoảng cách địa lý GEDIR…
Các ứng dụng trong mạng WSN được phân loại dựa vào chức năng của chúng nên các giao thức định tuyến cũng được phân loại dựa vào hoạt động của chúng để đáp ứng các chức năng này. Những giao thức này cũng được chia thành các giao thức định tuyến đa đường, định tuyến dựa trên truy vấn, định tuyến dựa trên đàm phán và định tuyến dựa vào QoS
Giống như tên của nó thì các giao thức thuộc phân lớp này sẽ lựa chọn được nhiều đường dẫn đến đích từ đó làm giảm độ trễ và tăng cường hiệu năng mạng. Nhưng nhiều tuyến đường được để định kỳ gửi các bản tin nên nó cũng tiêu tốn năng lượng nhiều hơn. Các giao thức đa đường có thể kể đến như giao thức đa đường đi đa tốc độ MMSPEED, các giao thức cảm biến cung cấp thông tin qua đàm phán SPIN.
Các giao thức định tuyến dựa trên truy vấn
Các giao thức định tuyến loại này hoạt động dựa trên việc yêu cầu gửi và thu dữ liệu. Nút đích sẽ gửi yêu cầu mong muốn qua mạng và nút có thông tin phù hợp với yêu cầu sẽ gửi trả lời về cho nút đích. Các yêu cầu này thường sử dụng ngôn ngữ bậc cao. Một số giao thức điển hình của giao thức định tuyến truy vấn là: giao thức cảm biến các thông tin qua đàm phán SPIN, giao thức truyền tin trực tiếp DD.
Các giao thức định tuyến dựa trên đàm phán
Phân lớp giao thức này sử dụng mô tả dữ liệu ở mức cao để loại bớt việc truyền dẫn dữ liệu dư thừa thông qua đàm phán. Các giao thức này đưa ra các quyết định thông minh là trao đổi thông tin hoặc một số hành động khác dựa trên thực tế có bao nhiêu tài nguyên sẵn sàng. Việc đàm phán dựa trên một số giao thức như SPIN, định tuyến gán số thứ tự SAR.
Các giao thức định tuyến dựa trên chất lượng dịch vụ QoS
Với kiểu định tuyến này mạng cần phải có một tiếp cận công bằng về QoS cho các ứng dụng. Ở đây các ứng dụng có thể nhạy cảm với trễ nên để đạt được yêu cầu QoS này mạng cũng phải xem xét đến năng lượng tiêu thụ như là một tham số nữa khi trao đổi thông tin với trạm gốc. Để đạt được QoS thì các tham số QoS luôn phải được quan tâm. Ví dụ của các giao thức này là: định tuyến gán số thứ tự SAR, SPEED, định tuyến đa đường đa tốc độ [8].