2 地震监测环境下的路由协议设计
为满足地震监测的应用需求，本文汲取现有无线传感器网络路由协议的优点，提出了一种适合于地震监测的路由协议EEECRP，称之为能量高效的事件驱动型分簇路由协议。
2．1 协议描述
(1)簇的划分
由于地震监测范围广，并且要求有很好的自组织性，因此EEECRP协议采用分簇路由协议结构。为了获得较好的簇，采用集中式分簇的方法划分簇，簇内成员节点与簇首之间采用“一跳”通信的方式传输数据，簇首到Sink节点的传输则采用“多跳”传输方式。另外，为了减少集中式分簇造成的网络能量消耗，新设计协议间隔相当长的时间(比如半年、一年)才集中式划分一次簇，其他时间则采用异步更换簇首的方法均衡节点能量的消耗。关于异步更换簇首的细节问题在后边介绍。
(2)簇首骨干网的构造
地震监测数据最终通过簇首“多跳”转发给Sink节点，因此网络中的簇首节点形成主干链路网络。为了保证地震发生时监测数据的可靠和及时传输，在簇首节点主干链路形成时，采用基于最小跳数的路由算法，为每个簇首建立路由线路。具体算法步骤如下：
①所有簇首节点设置其父节点FATHER_ID=0，并设置其到达Sink节点的最小跳数Min_hop=0；
②由Sink节点向网络内以洪泛方式广播最小跳数场构建消息Hop_Msg。Hop_Msg由构建消息标识、发送节点ID和发送节点的最小跳数Min_hop加1组成；
③收到Hop_Msg信息的簇首节点，设置其FA-THER_ID=Sink及到达Sink节点的最小跳数Min_hop=1，同时更新Hop_Msg消息中的的Min_hop和FA-THER_ID，继续向邻居节点广播；
④网络中收到Hop_Msg消息的簇首节点，检查该消息中最小跳数Min_hop是否小于自身的最小跳数Min_hop，如果是，则更新自身的父节点FATHER_ID和最小跳数Min_hop，并将该Hop_Msg消息的最小跳数Min_hop和父节点FATHER_ID更新，继续向邻居节点广播，否则将不予处理；
⑤重复步骤④，直到网络中所有节点都拥有自己的父节点FATHER_ID和到Sink节点的最小跳数Min_hop。
构建完成后，网络中每个节点都将拥有自己的最小跳数Min_hop和父节点FATHER_ID，形成了簇首节点的最小跳数场，构建起了簇首节点的骨干网路由。
(3)簇首更换
在分簇路由协议中，簇首的能量消耗最大。为了均衡簇内成员节点的能量消耗，需要更换簇首。本协议中簇首的更换采用异步方式进行，簇首在自己的能量低于一定阈值时，向簇内节点广播CH_change消息，簇内每个节点收到CH_change消息后将自己的位置和当前能量等信息报告给簇首。簇首根据这些信息从中选择一个能量和地理位置最优的节点作为新簇首，并把新簇首消息广播出去。新簇首继承原簇首的父节点FATHER_ID和最小跳数Min_hop等信息，原簇首的下一跳簇首(按照从Sink节点到离Sink节点最远的节点方向)则需要修改它们的路由表信息，将其父节点FATHER_ID修改为新当选的簇首。
(4)节点状态的转换
在地震未发生时，尽量使传感器节点处于睡眠状态，这样可以大大降低网络的能量消耗，延长网络的生存周期。本文设计的路由协议中，传感器节点多数情况下是处于睡眠状态，当节点探测到有地震发生或需要周期性传递日常数据时，节点便从睡眠状态转入发送状态；当节点处于睡眠状态时，若收到有效的信号，便从睡眠状态进入到接收状态；当节点处于发送或接收状态下，如果在一定时间内没有收发数据，则传感器节点转入睡眠状态。
2．2 数据的传输过程
地震未发生时，普通传感器节点间隔一定的时间将自己的能量、位置等少量日常信息发送给簇首，簇首按照事先构建好的路由将这些信息汇聚融合后转发给Sink节点。由于日常数据信息量小，数据传输率低，因此传输日常数据消耗的能量非常少。
当监测区域有地震发生时，最先感应到地震的节点向邻居节点广播唤醒包，同时本地保存地震信息，唤醒包中携带信息包括：本节点位置、地震关联度degree=0，以及其他一些信息。普通节点收到唤醒包后马上监测周围地震的发生，如果节点监测不到地震，节点将唤醒包中的地震关联度degree加1，若地震关联度degree大于2，则丢弃该包；否则，转发唤醒包；若节点已经收到过该唤醒包，则丢弃包；簇首节点收到唤醒包后，立即广播ready消息准备接收数据；普通节点收到ready消息后，如果其地震关联度degree不大于2，则发送监测数据给簇首，簇首节点将监测数据沿着事先建立好的最小跳路由传送给Sink节点，并在传输过程中进行数据融合。
