朱超軍

(1. 四川大學(xué) 計(jì)算機(jī)學(xué)院， 四川 成都 610000;2. 四川司法警官職業(yè)學(xué)院 司法信息管理系， 四川 德陽(yáng) 618000)

采用時(shí)分多址的主動(dòng)式高動(dòng)態(tài)傳感器路由協(xié)議

朱超軍1,2

(1. 四川大學(xué) 計(jì)算機(jī)學(xué)院， 四川 成都 610000;2. 四川司法警官職業(yè)學(xué)院 司法信息管理系， 四川 德陽(yáng) 618000)

提出一種基于移動(dòng)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(MWSN)的主動(dòng)式高動(dòng)態(tài)傳感器路由(AHDSR)協(xié)議.通過(guò)簡(jiǎn)單的跳數(shù)度量，使數(shù)據(jù)朝移動(dòng)環(huán)境中的匯聚節(jié)點(diǎn)路由時(shí)保持動(dòng)態(tài)和魯棒.AHDSR協(xié)議使用時(shí)分多址(TDMA)MAC層保持移動(dòng)環(huán)境中梯度指標(biāo)，同時(shí),使用盲轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)將信息以多途徑的方式在網(wǎng)絡(luò)中傳遞.運(yùn)用OPNET建模模塊進(jìn)行仿真，并提供一種離散時(shí)間仿真器.仿真結(jié)果表明:與其他同類方法相比，提出的協(xié)議在數(shù)據(jù)包投遞率、平均數(shù)據(jù)包時(shí)延、吞吐量和開(kāi)銷方面的表現(xiàn)更加適合多種移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景.

移動(dòng)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)； 路由協(xié)議； 時(shí)分多址； 魯棒性； 動(dòng)態(tài)

Abstract： Concerning the poor reliability of most existing routing protocols used in mobile wireless sensor networks (MWSN), active high dynamic sensor routing (AHDSR) based on MWSN is proposed. The proposed protocol is based on a simple hop metric, which enable the data to remain dynamic and robust when routing the sink node in the mobile environment. AHDSR maintains a gradient metric in mobile environments by using a global time division multiple access (TDMA) MAC layer. It also uses the technique of blind forwarding to pass messages through the network in a multipath manner. The effectiveness of the proposed protocol is verified by the simulation results. Compared with other similar methods, data packet delivery ratio, average packet delay throughput and overhead of the proposed protocol are more suitable for a variety of mobile network scenarios.

Keywords： mobile wireless sensor networks; routing protocols; time division multiple access; roubst; dynamic

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)[1](WSN)由大量能夠進(jìn)行無(wú)線通信的節(jié)點(diǎn)組成，在靜態(tài)WSN中，一旦部署了節(jié)點(diǎn)就幾乎不會(huì)移動(dòng).然而，在一些場(chǎng)景中，傳感器節(jié)點(diǎn)需要是動(dòng)態(tài)的，即移動(dòng)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(MWSN)[2].與靜態(tài)傳感器網(wǎng)絡(luò)相比，針對(duì)MWSN的研究仍非常有限.本質(zhì)上，根據(jù)現(xiàn)有協(xié)議，MWSN是WSN和移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)[3](MANET)的重合部分.MWSN的路由協(xié)議可分為2個(gè)范疇：層次式和平面式.層次式路由協(xié)議分配任務(wù)給不同節(jié)點(diǎn)，而在平面路由協(xié)議中所有節(jié)點(diǎn)執(zhí)行相同任務(wù)[4].主動(dòng)式MANET路由協(xié)議對(duì)于MWSN來(lái)說(shuō)并不合適[5].在MWSN場(chǎng)景中，最常使用的是自組網(wǎng)請(qǐng)求式距離向量(AODV)路由協(xié)議[6]或其相似協(xié)議.Aronsky等[7]提出了以數(shù)據(jù)為中心的編織多路徑(DCBM).Salehi等[8]提出一種地理機(jī)會(huì)路由(GOR)[8].GOR不需要分配拓?fù)湫畔?，這是因?yàn)楣?jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給更靠近匯聚節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)格而不是節(jié)點(diǎn).然而，如果在預(yù)期網(wǎng)格中沒(méi)有節(jié)點(diǎn)得到傳輸，那么,數(shù)據(jù)會(huì)通過(guò)處于較近網(wǎng)格中的節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)[9].周穎芝[10]針對(duì)具有移動(dòng)能力的Sink節(jié)點(diǎn)，解決Sink周?chē)鷤鞲衅鞴?jié)點(diǎn)能量瓶頸問(wèn)題.Cakici等[11]提出移動(dòng)自適應(yīng)跨層路由(MACRO).根據(jù)反應(yīng)式協(xié)議，通常路由的發(fā)現(xiàn)會(huì)導(dǎo)致初始延遲.然而，與主動(dòng)式協(xié)議比較，該延遲相較于路由表的洪泛延遲非常小.因此，本文提出一種基于時(shí)分多址[12](TDMA)的主動(dòng)式高動(dòng)態(tài)傳感器路由協(xié)議.

1 提出的AHDSR協(xié)議

使用固定時(shí)隙分配的方式產(chǎn)生一種自由沖突的全局TDMA MAC層，而不需要任何動(dòng)態(tài)調(diào)度.該方法會(huì)降低所需開(kāi)銷和計(jì)算效率，并要求全局同步.Nedev[13]說(shuō)明了可用方法的選擇，由于匯聚節(jié)點(diǎn)也分配到一個(gè)時(shí)隙，所以,可以向所有傳感器節(jié)點(diǎn)傳輸高功率網(wǎng)絡(luò)范圍信標(biāo).該信標(biāo)可以提供同步和網(wǎng)絡(luò)范圍控制命令.在目標(biāo)應(yīng)用程序中，由于匯聚節(jié)點(diǎn)是具有大型電力供應(yīng)的固定地面站，所以額外的動(dòng)力開(kāi)銷并不是大問(wèn)題.

為了允許節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)從其他節(jié)點(diǎn)接收到的數(shù)據(jù)，一個(gè)數(shù)據(jù)包必須具有可變?nèi)萘?數(shù)據(jù)包的容量表示為幀，幀數(shù)為數(shù)據(jù)包中可用數(shù)據(jù)域的數(shù)量.數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)顯示了2種幀數(shù)據(jù)包,如表1所示.表1中：n為節(jié)點(diǎn)數(shù)；F為幀數(shù)，規(guī)定了可以從其他節(jié)點(diǎn)同時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)多少幀；Ldata為應(yīng)用程序數(shù)據(jù)區(qū)域所需大小，規(guī)定每幀中的數(shù)據(jù)量，以及這些數(shù)據(jù)來(lái)自哪些傳感器、傳感器的地理坐標(biāo)和節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)信息;Lp為區(qū)域總大小.由表1可知：類型1(幀1)通常針對(duì)傳輸中的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)和協(xié)議開(kāi)銷，并且包含4個(gè)領(lǐng)域；類型2(幀2)只有3個(gè)領(lǐng)域.根據(jù)所需幀的數(shù)量，節(jié)點(diǎn)可能根據(jù)需要重復(fù)類型2(幀2)的結(jié)構(gòu).

表1 AHDSR數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)Tab.1 Packet structure of AHDSR

如果節(jié)點(diǎn)有來(lái)自4節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)要轉(zhuǎn)發(fā)，就會(huì)用其擁有的數(shù)據(jù)滿足類型1(幀1)，然后4次重復(fù)類型2的幀結(jié)構(gòu)，每增加一個(gè)，需要傳輸?shù)念~外數(shù)據(jù)段就進(jìn)行一次.轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)IDs區(qū)域表明數(shù)據(jù)包中存在的哪個(gè)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，是通過(guò)使用單一字節(jié)表示每個(gè)節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn).如果第3個(gè)和第6個(gè)字節(jié)設(shè)置較高，表示數(shù)據(jù)包中含有2個(gè)額外的幀，分別包含來(lái)自節(jié)點(diǎn)3和節(jié)點(diǎn)6的數(shù)據(jù).

為了計(jì)算最小容許時(shí)隙的長(zhǎng)度，需要對(duì)節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)膸瑪?shù)設(shè)置上限.因?yàn)榫嚯x匯聚節(jié)點(diǎn)更近的節(jié)點(diǎn)將會(huì)需要更多空間，而距離較遠(yuǎn)的節(jié)點(diǎn)需要的較少.然而，變化的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)意味著節(jié)點(diǎn)的需求會(huì)隨著時(shí)間變化.同樣，如果最大幀數(shù)太低，那么瓶頸作用將會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失.如果數(shù)據(jù)包最大，尺寸太大，將會(huì)浪費(fèi)寬帶.較大的時(shí)隙長(zhǎng)度將會(huì)減少傳輸頻率，并節(jié)約能源.

為了確定恰當(dāng)?shù)膸瑪?shù)最大值，度量α表示為

式(1)中:n為網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)總數(shù);F為一個(gè)數(shù)據(jù)包的最大幀容量;α值是對(duì)于給定n和F不會(huì)遭受瓶頸作用的可能拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的分?jǐn)?shù).

在一個(gè)具有5個(gè)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)中,有1 024種可能拓?fù)浣Y(jié)構(gòu).其中，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的數(shù)量為2n(n-1)/2,n為節(jié)點(diǎn)的總數(shù).允許每個(gè)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)各自數(shù)據(jù)和其他2個(gè)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，使得幀容量為3.在1 024個(gè)可能拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，有704個(gè)不會(huì)遭受瓶頸作用，通過(guò)公式計(jì)算獲得，即

即有1 024-704=320種可能拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，那么幀容量為3就不能滿足要求.該例子中α為0.687 5，即68.75%的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)將不會(huì)因?yàn)槠款i作用而受到損失.用這種方式可以使用式(1)基于網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)數(shù)量和給定可接受的α值選擇合適的F值.

在AHDSR中，每次傳輸都由所有傳輸節(jié)點(diǎn)的鄰節(jié)點(diǎn)接收，允許所有節(jié)點(diǎn)收集局部拓?fù)湫畔?，即?jié)點(diǎn)鄰居的跳躍總數(shù).節(jié)點(diǎn)使用該信息確定各自跳躍數(shù)量，比其鄰居最低跳躍總數(shù)大1.所以，如果一個(gè)節(jié)點(diǎn)有3個(gè)鄰居，跳躍總數(shù)為2,4或5，那么,該節(jié)點(diǎn)將會(huì)設(shè)置跳躍總數(shù)為3.由于使用一種確定的整體TDMA方案，節(jié)點(diǎn)將在每次循環(huán)中獲得來(lái)自每個(gè)鄰居的單一傳輸.即節(jié)點(diǎn)可以每次循環(huán)更新跳躍總數(shù)，這將使梯度指標(biāo)能夠在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中得到維持而不會(huì)泛濫.這大大降低了協(xié)議開(kāi)銷，也是其最大的優(yōu)勢(shì).

AHDSR使用跳躍總數(shù)梯度執(zhí)行盲轉(zhuǎn)發(fā)，一個(gè)節(jié)點(diǎn)的傳輸會(huì)被所有鄰居聽(tīng)到,并且這些節(jié)點(diǎn)獨(dú)立決定是否應(yīng)該轉(zhuǎn)發(fā)任何接收到的數(shù)據(jù).即當(dāng)節(jié)點(diǎn)聽(tīng)到一個(gè)傳輸時(shí)，將比較傳輸節(jié)點(diǎn)和自己的跳躍總數(shù).如果接收的跳躍總數(shù)低于自己的，那么,傳輸節(jié)點(diǎn)距離匯聚節(jié)點(diǎn)更近且該數(shù)據(jù)包可以忽略.如果接收的跳躍總數(shù)高于自己的，那么,該傳輸節(jié)點(diǎn)距離匯聚節(jié)點(diǎn)更遠(yuǎn)，所以從數(shù)據(jù)包中提取該數(shù)據(jù)并儲(chǔ)存.如果接收的跳躍總數(shù)等于自己的，那么,該傳輸節(jié)點(diǎn)距離匯聚節(jié)點(diǎn)的距離與自己的相同，則從數(shù)據(jù)包中提取該數(shù)據(jù)，評(píng)估并且儲(chǔ)存或丟棄.

每個(gè)幀都有一個(gè)狀態(tài)，指定為優(yōu)先狀態(tài)的幀即為優(yōu)先幀，而沒(méi)有優(yōu)先權(quán)的幀并沒(méi)有被丟棄，而認(rèn)為是多樣性的數(shù)據(jù).傳輸節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的幀自動(dòng)認(rèn)為是優(yōu)先幀，而轉(zhuǎn)發(fā)的幀通過(guò)一種幀的優(yōu)先位為其指定優(yōu)先權(quán).當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)為了傳輸而收集數(shù)據(jù)包時(shí)，首先,將用優(yōu)先數(shù)據(jù)填充可用幀;然后，任何空的幀將會(huì)用多樣性數(shù)據(jù)填滿.這允許節(jié)點(diǎn)使用更多可用數(shù)據(jù)包的容量.通過(guò)廣播，接收器做出轉(zhuǎn)發(fā)幀的決定，由于對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行了廣播所以多個(gè)節(jié)點(diǎn)都會(huì)接收到數(shù)據(jù).這在本質(zhì)上創(chuàng)建了一種多路徑的方案，其中，相同數(shù)據(jù)沿著多個(gè)路由轉(zhuǎn)發(fā)到匯聚節(jié)點(diǎn).路由分集的使用提高了可靠性，這是因?yàn)槿绻粋€(gè)路徑?jīng)]能送出一段數(shù)據(jù)，而其他路徑可能會(huì)成功送出.即網(wǎng)絡(luò)中將會(huì)創(chuàng)建多個(gè)數(shù)據(jù)復(fù)制，這可能造成堵塞.然而，這個(gè)的權(quán)衡是在成功送出數(shù)據(jù)的可能性增加的情況下進(jìn)行.

為了允許協(xié)議保持最小內(nèi)存需求并且處理高水平通信量而丟棄作廢的幀.即如果一個(gè)節(jié)點(diǎn)接收到兩段源自相同節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，那么，就會(huì)忽略老的片段支持新的片段.如果一個(gè)節(jié)點(diǎn)接收的數(shù)據(jù)比已經(jīng)在隊(duì)列中的數(shù)據(jù)老，那么，就認(rèn)為接收的數(shù)據(jù)過(guò)期并且將其丟棄.

圖1 運(yùn)行AHDSR協(xié)議的傳感器節(jié)點(diǎn)的流程圖Fig.1 Flow chart of sensor node when running AHDSR protocol

單一節(jié)點(diǎn)在每個(gè)時(shí)隙操作的流程圖，如圖1所示.節(jié)點(diǎn)確定當(dāng)前時(shí)隙是否是其專用時(shí)隙，如果是，則編輯來(lái)自隊(duì)列幀及其自身數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)包.首先，儲(chǔ)存優(yōu)先數(shù)據(jù)；然后，用多樣性數(shù)據(jù)填充剩余空間；最后，將數(shù)據(jù)包散播給任何處于傳輸半徑內(nèi)的節(jié)點(diǎn).

通常不是節(jié)點(diǎn)專用的時(shí)隙都需要偵聽(tīng)數(shù)據(jù)包，節(jié)點(diǎn)在接收一個(gè)數(shù)據(jù)包時(shí)，會(huì)提取傳輸跳躍總數(shù)，且在需要時(shí)進(jìn)行自我更新.恢復(fù)相關(guān)數(shù)據(jù)并儲(chǔ)存用于轉(zhuǎn)發(fā).AHDSR分別對(duì)待每個(gè)節(jié)點(diǎn)，即不同幀可以采用多種不同路徑穿過(guò)網(wǎng)絡(luò).同時(shí)，通過(guò)只共享拓?fù)湫畔⒁馕吨S持最小開(kāi)銷，并且將梯度度量維持在高移動(dòng)環(huán)境中.

2 仿真實(shí)驗(yàn)與分析

利用OPNET建模[14]模塊進(jìn)行仿真，提供了一種離散時(shí)間仿真器.傳輸半徑為250 m，收發(fā)器的傳輸速率為250 kbit·s-1.模仿一種低成本、低功率的收發(fā)器，節(jié)點(diǎn)移動(dòng)性使用隨機(jī)路點(diǎn)模型控制，暫停時(shí)間設(shè)置為0，且通過(guò)0 m·s-1和最小值之間的均勻分布設(shè)置速度.所有節(jié)點(diǎn)包括匯聚節(jié)點(diǎn)都會(huì)移動(dòng).每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)認(rèn)為是一種資源，并且可以以這種速度產(chǎn)生數(shù)據(jù).數(shù)據(jù)長(zhǎng)度是一個(gè)固定參數(shù)，對(duì)于仿真32 bit，包含了節(jié)點(diǎn)的空間坐標(biāo)和抽取的傳感器數(shù)據(jù).為了表征不同參數(shù)下協(xié)議性能，采用平均端到端遲延(τ)、數(shù)據(jù)包投遞率(PDR)、吞吐量、開(kāi)銷(B)和能量損耗(P)進(jìn)行評(píng)估.

2.1不同節(jié)點(diǎn)最大速度

不同最大速度時(shí)，各路由協(xié)議的結(jié)果如圖2所示.圖2中：vmax為最大速度.節(jié)點(diǎn)數(shù)固定為25，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)產(chǎn)生速率設(shè)定為1 pk·s-1(pk為數(shù)據(jù)包數(shù)目).同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)大小為600 m×600 m.由圖2可知：隨著節(jié)點(diǎn)最大速度的增加，各個(gè)協(xié)議的PDR和吞吐量均呈下降趨勢(shì)，因?yàn)殄e(cuò)誤估計(jì)節(jié)點(diǎn)速度的增加會(huì)導(dǎo)致更多的數(shù)據(jù)包丟失，從而降低PDR.相比其他幾種協(xié)議，MACRO雖然具有較高的PDR，但其網(wǎng)絡(luò)吞吐量低于所提的AHDSR協(xié)議.

(a) PDR

(b) 平均端到端延遲 (c) 開(kāi)銷

在PDR和吞吐量方面，DCBM和GOR的性能較差.DCBM和GOR較大的開(kāi)銷是由路由發(fā)現(xiàn)和拓?fù)湫畔⒐蚕韺?dǎo)致，同時(shí)也導(dǎo)致了網(wǎng)絡(luò)的堵塞，產(chǎn)生了較大延遲和數(shù)據(jù)包丟失.此外，仿真中增加速度意味著拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)改變更加頻繁，因此，需要更大開(kāi)銷來(lái)維持更新路由.開(kāi)銷的分析結(jié)果非常接近AHDSR的仿真結(jié)果，即當(dāng)速度增加時(shí)，兩種度量增幅最小.延遲結(jié)果在速度較高時(shí)增加較小，預(yù)期結(jié)果比仿真結(jié)果的延遲時(shí)間稍高.DCBM有最長(zhǎng)的延遲時(shí)間，而GOR的平均延遲時(shí)間比AHDSR小.GOR的低PDR意味著丟棄了許多數(shù)據(jù)包，因此，網(wǎng)絡(luò)中有更少數(shù)據(jù)包，即傳送的數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)中的速度更快.MACRO比AHDSR顯示出稍好的延遲，但是，AHDSR提高了開(kāi)銷水平且有更好的能量性能.通常DCBM和GOR在這些情景中的性能較差，這是因?yàn)槠洳⒉贿m用于這些較高速度的類型.而AHDSR和MACRO性能更好.

2.2不同流量負(fù)荷

不同流量負(fù)荷時(shí)，各路由協(xié)議的結(jié)果如圖3所示.圖3中：vp為數(shù)據(jù)包產(chǎn)生速度；節(jié)點(diǎn)數(shù)固定為25個(gè)；最大速度為25 m·s-1.每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)都產(chǎn)生數(shù)據(jù)，全網(wǎng)流量負(fù)載為2.4～586.3 pk·s-1.最大產(chǎn)生速度24.4 pk·s-1表示最大允許數(shù)據(jù)傳輸速率.這是由TDMA循環(huán)的長(zhǎng)度指示，由于一個(gè)節(jié)點(diǎn)值能夠在一次循環(huán)中傳輸一次，所以其最大數(shù)據(jù)產(chǎn)生速度為1/Δn，導(dǎo)致全網(wǎng)數(shù)據(jù)產(chǎn)生速度為1/Δ.

(a) PDR

(b) 平均端到端延遲 (c) 開(kāi)銷

(d) 吞吐量 (e) 平均能量損耗圖3 不同流量負(fù)荷的各路由協(xié)議結(jié)果Fig.3 Result of each protocol with different traffic load

關(guān)于輻射映射應(yīng)用，概念數(shù)據(jù)產(chǎn)生速度可以控制映射的分辨率.PDR通常較高且對(duì)于更高數(shù)據(jù)產(chǎn)生速率顯著增加，這種增加的結(jié)果是TDMA循環(huán)時(shí)間等于數(shù)據(jù)產(chǎn)生速度的倒數(shù).在實(shí)踐中，通過(guò)均勻延遲完成每個(gè)時(shí)隙，即在較低數(shù)據(jù)包速率的情況下，循環(huán)時(shí)間很長(zhǎng)，使梯度指標(biāo)更新較慢.當(dāng)數(shù)據(jù)產(chǎn)生速度為0.1 pk·s-1，循環(huán)時(shí)間為10 s，且平均鏈接壽命tav為12.73 s時(shí)，沒(méi)有定期更新梯度場(chǎng).然而，由于0.5 pk·s-1的循環(huán)時(shí)間為2 s，所以只有一種可能具有較低數(shù)據(jù)產(chǎn)生速度，能夠在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)改變的情況下維持梯度場(chǎng).通過(guò)延長(zhǎng)時(shí)隙以適應(yīng)所需數(shù)據(jù)生成率，從而節(jié)約能量.能量消耗結(jié)果顯示，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)包增加時(shí)，平均能耗也會(huì)隨之增加.

相比之下，即使在較低的數(shù)據(jù)包速度下，DCBM和GOR也使用大量能量，當(dāng)數(shù)據(jù)產(chǎn)生速度增加時(shí)，能量損耗稍有增加.在更高數(shù)據(jù)包速度下，MACRO能量損耗有所增加，然而，由于飽和在10 pk·s-1之后停滯，AHDSR分析結(jié)果稍微高估了能量增加.開(kāi)銷結(jié)果顯示，DCBM和GOR即使在沒(méi)有太多數(shù)據(jù)輸送的情況下，也產(chǎn)生大量開(kāi)銷，但是由于引進(jìn)了更多數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)比特和開(kāi)銷之間的比率均等.

AHDSR顯示了持續(xù)低量的開(kāi)銷，通過(guò)分析結(jié)果近似預(yù)測(cè).MACRO在開(kāi)銷方面顯示了輕微增加，但是其吞吐量在數(shù)據(jù)包產(chǎn)生速度大于5 pk·s-1時(shí)，似乎達(dá)到了飽和限度.AHDSR吞吐量在數(shù)據(jù)產(chǎn)生速度增加時(shí)，平穩(wěn)升高.DCBM和GOR的吞吐量在越來(lái)越多數(shù)據(jù)包丟失時(shí)開(kāi)始進(jìn)入穩(wěn)定階段.延遲結(jié)果顯示，AHDSR持續(xù)較低延遲，實(shí)際上，當(dāng)產(chǎn)生更多數(shù)據(jù)時(shí)減小.這是因?yàn)檠h(huán)時(shí)間的減小，允許每個(gè)節(jié)點(diǎn)更頻繁地進(jìn)入介質(zhì)，所以數(shù)據(jù)包可能更快地穿過(guò)網(wǎng)絡(luò).相比之下，MACRO在5 pk·s-1之后，其延長(zhǎng)時(shí)間急速上升.總之，AHDSR在1 pk·s-1以上表現(xiàn)出持續(xù)較高的性能水平，其他3個(gè)協(xié)議當(dāng)通信量水平增加時(shí)退化明顯.

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，AHDSR適合于廣泛的場(chǎng)景，包括模擬具有UAV的輻射映射的應(yīng)用.DCBM和GOR的結(jié)果在這些場(chǎng)景中的性能水平較低.與MACRO相比，AHDSR的能量損耗更大.然而，MACRO在一些場(chǎng)景中的PDR水平顯著提高.在延遲方面，AHDSR端到端延遲與MACRO相似.

3 結(jié)束語(yǔ)

提出一種針對(duì)MWSN設(shè)計(jì)的路由協(xié)議，AHDSR通過(guò)使用全局TDMA MAC層，降低開(kāi)銷的方法維持梯度指標(biāo),并使用盲轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)，允許數(shù)據(jù)同時(shí)通過(guò)多路徑穿過(guò)網(wǎng)絡(luò).該協(xié)議適用于各種高動(dòng)態(tài)的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景.仿真分析表明：該協(xié)議在各種不同移動(dòng)性、延展性和通信量水平的情況下都有效，性能表現(xiàn)優(yōu)異.由于節(jié)點(diǎn)能夠?qū)?shù)據(jù)從多個(gè)節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)絾我粩?shù)據(jù)包中，所以未來(lái)研究可能關(guān)注于使用聚合技術(shù)組合接收，進(jìn)一步研究協(xié)議性能信道衰減的影響.

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(責(zé)任編輯： 黃曉楠英文審校： 吳逢鐵)

ActiveHighDynamicSensorRoutingProtocolUsingTimeDivisionMultipleAccess

ZHU Chaojun1,2

(1. College of Computer Science, Sichuan University, Chengdu 610000, China;2. Department of Judicial Information Management, Sichuan Judicial and Police Officers Professional College, Deyang 618000, China)

10.11830/ISSN.1000-5013.201605075

2016-05-23

朱超軍(1975-)，男，副教授，主要從事計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)安全的研究.E-mail:zhuchaojunsc@126.com.

四川省科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目 (2012GZ0091)

TP 393

A

1000-5013(2017)05-0710-06