移动传感网中基于本地信息的机会路由策略

摘要：在考虑节点信道质量、移动方向和速率、剩余能耗等本地信息的基础上，在移动传感网中提出了基于本地信息的机会路由策略（OR LI）。该策略采用能在一定程度上反映信道质量的接收信号强度指示值对数 常态分布模型建立节点机会概率值；引入移动速率和方向反映节点的移动性；使用节点的剩余能耗反映节点的剩余使用寿命，实现机会路由，并通过候选节点的优选序号来确定候选点的侦听转发时间以避免报文重发。与机会路由策略ExOR和OB比，新策略更适合移动传感网，具有传输有效性高、能耗低等优点。

关键词：移动传感网；延时容忍网络；机会路由；信号接收强度指示值；移动速度；能耗

0引言

随着传感器、无线通信等技术的飞速发展，无线传感器网络（WirelessSensorNetwork，WSN）被广泛应用于环境监测、工业控制、目标跟踪等众多领域[1]。其中，以移动目标为监控对象，节点间的直接通信依靠相遇机会来实现的WSN称为移动传感网[2]。当前，机会网络的应用成为WSN中热点研究领域之一。而路由策略，作为网络组成的重要部分，会直接影响到网络的整体性能[1]。移动环境下，传感器网络路由面临着更多新的挑战。

1相关工作

WSN中大部分路由协议都是针对静态拓扑提出的确定性路由，如LEACH（LowEnergyAdaptiveClusteringHierarchy）[3]、DD（DirectedDiffusion）[4]等，即路由时先建立一条端到端的节点序列，然后每次分组转发时确定下一跳节点后再转发。尽管确定性路由方式逻辑简单，但未考虑无线信道的广播、时变和干扰不规则性。无线信道的广播特性使得一次分组转发可能被多个节点收到，且接收概率各不相同；时变特性导致网络中链路的状态随时间而改变[3]。路由协议设计过程中如果缺乏对信道广播和丢失特性的充分考虑，必将导致大量网络资源被浪费，并严重影响WSN的网络吞吐量和使用寿命[3]。

针对无线信道的广播、时变、丢失特性和确定性路由策略的不足，麻省理工学院（MIT）的Biswas等[5]提出了机会路由，不以源 目标节点间直接可达路径为基础，节点转发包时不确定下一跳，广播报文后再利用转发候选集中的最佳节点转发报文。机会路由充分利用了无线信道的广播特性，尽可能地克服动态拓扑、链路信道变化频繁等影响，从而有效提高无线网络性能[5]。研究机会路由策略（OpportunisticRouting）来提升无线多跳网络的性能已成为当前传感器网络组网协议研究中的重要方向[5]。

ExOR（ExtremelyOpportunisticRouting）[5]是典型的以端到端的最短路ETX（ExpectedTransmissionCount）[6]值为基准的机会路由策略，由于ExOR以全网链路状态为基础，因此其可扩展性不强；其次，由于缺乏各备选转发节点之间的有效相互确认和协调机制，Sink收到重复分组的概率较高；而且ExOR需要大量交互路由报文，使节点在传输路由报文时消耗大量的能量，不适用于能量有限的传感器网络。其他以ETX建立机会概率值的机会路由，如CBF（Cluster basedForwarding）[7]、DTRP（DirectedTransmissionRoutingProtocol）[8]等虽然都能反应信道质量，但路由代价大，重复分组量也大。基于端到端迭代的机会路由策略，如BitSOR（Bit rateSelectionforOpportunisticRouting）[9]等，需较高的计算量和大量网络状态信息的采集和传播。基于地理位置的机会路由，如MGOR（Multi rateGeographicOpportunisticRouting）[10]、BO（Basic opportunistic）[11]、OD（OpportunisticwithDelay）[11]、OB（OpportunisticwithBacktracking）[11]等，虽然省去了和地理位置相关的协议开销，但未考虑除距离外的其他因素对链路质量产生的影响，而且提供节点定位机制需要昂贵的额外设备支持。

另外，这些算法都没有考虑节点的移动方向、移动速率、剩余能耗等问题。而这些本地信息对选择下一跳节点来说都是至关重要的。因此，在考虑信道质量、节点移动方向和速率、节点剩余能耗的基础上，提出了基于本地信息的机会路由策略（OpportunisticRoutingbasedonLocalInformation，OR LI）。OR LI采用能在一定程度上反映信道质量的接收信号强度指示值的对数 常态分布模型[12]建立节点机会概率值；引入移动速度反映节点的移动性；使用节点的剩余能耗来反映节点的使用寿命，利用具有更高机会概率的最佳节点存储转发报文，实现机会路由，并通过候选节点的优选序号来确定候选点的侦听转发时间以避免报文重发。OR LI与机会路由策略ExOR和OB相比更适合移动传感网，具有传输有效性高、能耗低等优点。