地震监测是防震减灾、地震科学研究的必要技术基础，目前，国内外的地震监测系统仍处于初级阶段，不能满足地震预警的要求，存在漏报、误报、迟报现象，例如监测台网密度低、监测数据精度低、信息不丰富、数据传输速度慢、成本高等。
融多种信息技术为一体的无线传感器网络WSN(Wireless Sensor Network)是一种新兴的信息技术，在信息领域有着良好的应用前景。相对于传统的有线和其他无线网络，无线传感器网络具有布设范围广、自组织，低能耗、协同感知、独立电源供电、无人值守等特点，能够很好地满足地震监测的要求。
地震监测过程中，网络数据的传输离不开路由协议，路由协议的研究是无线传感器网络通信层的一个核心技术，本文结合地震监测的具体应用需求，设计出一种适合地震监测的无线传感器网络路由协议。
1 无线传感器网络路由协议及其应用相关性
1．1 典型无线传感器网络路由协议及其不足
最小跳数(Minimum Hop Count，MHC)路由协议是一种平面路由协议，其核心部分是采用经典的扩散算法，在网络中建立一个最小跳数场，在最小跳数场内，每个节点拥有到基站(Sink节点)的最小跳数。当节点需要发送消息时，它按序选择自己的父节点作为下一跳。该协议因能够提高消息传输的可靠性、减少传输时延而倍受关注。但在该协议中，传输数据时有很大的重复性，同时它未考虑节点在监听状态下的耗能情况，造成网络性能和寿命下降。
LEACH(Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy)是Heinzelman等人提出的第一个分簇路由协议，在每个数据收集周期开始，一小部分节点随机成为簇首，在数据传输阶段，簇首以单跳通信的方式将融合后的数据传输给基站。它通过角色轮换达到能量的均匀分布。但是，LEACH假设所有的节点都能直接与簇首以及基站通信，在需要监测范围大的应用中不适用；而且它仅仅以节点的剩余能量多少选择簇首，形成的簇并不是最优的。后来，Heinzelman等人在LEACH的基础上，提出了LEACH-C。LEACH-C(Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy Cent ralized)是集中式的分簇算法，健壮性好且产生的簇较佳，但该协议由于每个节点都需要向基站周期性地报告它们的能量和位置等信息，从而导致增加网络流量、时间延迟等。
TEEN(Threshold-Sensitive Energy Efficient Sensor Network Protocol)是第一个响应型的无线传感器网络路由协议，其网络结构与LEACH类似，只是它的簇成员不像LEACH算法那样总是发送数据给簇首。TEEN协议设置了硬、软两个阀值，只有当监测到的数据超过硬阈值并且监测数据的变化幅度大于软阈值时，节点才会传送监测数据。这样可以大大减少节点发射数据的次数，数据传送消耗的能量较少。但TEEN协议存在一个缺陷，如果阀值不能达到，节点就不会传输任何数据，导致用户在某段时间不知道节点是否死亡。
1．2 地震监测环境下的网络路由需求
地震监测中的路由协议具有以下特点：
①网络规模大，分布范围广，对网络节能性要求高。地震监测的无线传感器网络分布范围非常广，而且地形环境复杂，节点电池的更换或能量的补给几乎是不可能的，因此网络及网络中的节点应尽量减少能量消耗，以延长自身的寿命，能源的高效使用成为路由协议设计的首要目标。
②地震发生的概率非常低，而且地震的发生具有随机性，是不可预测的，因此传统的时间周期性传递监测数据的路由协议不太合适，这里需要的是事件驱动型传感器网络。地震未发生时，只需要周期性地传输少量的无线传感器网络健康状况数据，只有地震发生时才需要传输大量的关键数据。同时地震发生时，监测数据的传输对及时性、可靠性有一定的要求，大量的监测数据需要及时、可靠地传输到监控中心。
③地震监测的无线传感器网络节点会由于能量耗尽或地震破坏等环境因素造成失效减少，或者也会补充一些传感器节点来弥补失效节点、增加监测精度等，从而使网络的拓扑结构随之也动态变化。这就要求无线传感器网络有较强的自组织性，能够适应这种网络拓扑结构的动态变化。
