WSNs中基于剩余能量的機(jī)會(huì)路由協(xié)議

呂曉軍，王小書(shū)，賈新春，陳瑞鳳，李建玉+

(1.中國(guó)鐵道科學(xué)研究院 電子計(jì)算技術(shù)研究所，北京 100081；2.山西大學(xué) 數(shù)學(xué)科學(xué)學(xué)院，山西 太原 030006)

0 引 言

由于機(jī)會(huì)路由協(xié)議提高了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包傳輸?shù)目煽啃圆p少了由于數(shù)據(jù)包重傳所引起的不必要的能量消耗[1,2]，因此，近幾年來(lái)，機(jī)會(huì)路由協(xié)議已經(jīng)獲得了國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者的關(guān)注和研究[3-5]。

機(jī)會(huì)任意路徑轉(zhuǎn)發(fā)(OAPF)協(xié)議[6]采用期望任意路徑傳輸次數(shù)(EAX)作為其路由指標(biāo)。EAX指標(biāo)充分利用了數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中可能存在的多條路徑，從而使其可以有效的用于機(jī)會(huì)路由協(xié)議的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程中。在文獻(xiàn)[7]中，一個(gè)能量有效的機(jī)會(huì)路由協(xié)議(EEOR)被提出，它使用期望成本路由指標(biāo)來(lái)計(jì)算數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中的成本。文獻(xiàn)[8]提出的機(jī)會(huì)路由協(xié)議以傳輸節(jié)點(diǎn)與移動(dòng)目的節(jié)點(diǎn)之間的距離作為路由指標(biāo)，并通過(guò)計(jì)算網(wǎng)絡(luò)期望時(shí)延來(lái)選擇合理的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)。文獻(xiàn)[9]提出了一個(gè)可靠的并且能量有效的機(jī)會(huì)路由協(xié)議，該協(xié)議使用剩余能量和期望成本的比值作為它的路由指標(biāo)。一個(gè)基于功率控制的協(xié)同機(jī)會(huì)路由協(xié)議在文獻(xiàn)[10]中給出，它通過(guò)研究數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制的有效性來(lái)減少節(jié)點(diǎn)的能量消耗。

在現(xiàn)有的機(jī)會(huì)路由協(xié)議的設(shè)計(jì)中，所考慮的路由指標(biāo)往往是固定不變的，因此，這些指標(biāo)可以用于候選節(jié)點(diǎn)集的選擇算法。但是，在實(shí)際的應(yīng)用場(chǎng)景中，往往需要用一些變化的指標(biāo)來(lái)作為節(jié)點(diǎn)的路由指標(biāo)，如節(jié)點(diǎn)的剩余能量和節(jié)點(diǎn)狀態(tài)等?，F(xiàn)有的路由協(xié)議中，針對(duì)這種變化的路由指標(biāo)所設(shè)計(jì)的候選節(jié)點(diǎn)選擇算法還比較少。為此，本文提出了一個(gè)度量指標(biāo)——剩余傳輸次數(shù)指標(biāo)，并且提出了一個(gè)以節(jié)點(diǎn)剩余能量為路由指標(biāo)的機(jī)會(huì)路由協(xié)議。這個(gè)路由協(xié)議采用剩余傳輸次數(shù)指標(biāo)來(lái)對(duì)節(jié)點(diǎn)的候選節(jié)點(diǎn)集進(jìn)行選擇。

1 網(wǎng)絡(luò)模型及準(zhǔn)備

1.1 網(wǎng)絡(luò)模型

我們考慮一個(gè)由n個(gè)節(jié)點(diǎn)組成的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)并假設(shè)所有的節(jié)點(diǎn)都有一個(gè)唯一的身份標(biāo)識(shí)，即i∈[1,n]。這個(gè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以建模為一個(gè)有向通信拓?fù)鋱DG=(V,E,W)。其中，V是所有節(jié)點(diǎn)的集合，即|V|=n，E是所有通信鏈路的集合，W表示每一個(gè)節(jié)點(diǎn)出度的上界，即節(jié)點(diǎn)可擁有的最大子節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)。每條通信鏈路都有一個(gè)誤差概率，表示為e(u,v)，其中u，v分別表示鏈路兩端的傳感器節(jié)點(diǎn)。1-e(u,v)表示節(jié)點(diǎn)u沿著鏈路(u,v)成功發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)包到節(jié)點(diǎn)v的概率。

本文所考慮的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)模型包含一個(gè)源節(jié)點(diǎn)，一個(gè)目的節(jié)點(diǎn)以及若干個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)，其中，源節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)采集數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)發(fā)送給鄰近的中繼節(jié)點(diǎn)或者目的節(jié)點(diǎn)；目的節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)收集來(lái)自源節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)；中繼節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)接收來(lái)自源節(jié)點(diǎn)或者其它中繼節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，并對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和轉(zhuǎn)發(fā)。

圖1所給的是采用機(jī)會(huì)路由協(xié)議的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)模型，其中，s為源節(jié)點(diǎn)，V1～Vn表示中繼節(jié)點(diǎn)，d表示目的節(jié)點(diǎn)。在圖1中，源節(jié)點(diǎn)s的候選節(jié)點(diǎn)集為{V1,V2,…,Vn}。源節(jié)點(diǎn)s發(fā)送的數(shù)據(jù)包可以被其候選節(jié)點(diǎn)集中的節(jié)點(diǎn)接收，然后由候選節(jié)點(diǎn)集中優(yōu)先級(jí)最高的節(jié)點(diǎn)來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，從而有效地利用潛在的路徑來(lái)增加網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)目煽啃?，減少數(shù)據(jù)包的重復(fù)傳輸。

圖1 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)模型

本文所考慮的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是以輪的方式來(lái)對(duì)源節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集的。網(wǎng)絡(luò)生存周期定義為當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中有一個(gè)節(jié)點(diǎn)失效時(shí)網(wǎng)絡(luò)所運(yùn)行的輪數(shù)。

1.2 準(zhǔn) 備

為了更好說(shuō)明本文所提的基于剩余能量的機(jī)會(huì)路由協(xié)議，我們首先給出了如下的假設(shè)。

假設(shè)：候選節(jié)點(diǎn)集中的候選節(jié)點(diǎn)回復(fù)的應(yīng)答包可以100%的被發(fā)送節(jié)點(diǎn)和其它候選節(jié)點(diǎn)接收到。

注：這是一個(gè)常常被用到的假設(shè)，事實(shí)上，候選節(jié)點(diǎn)可以通過(guò)多次發(fā)送應(yīng)答包來(lái)近似的認(rèn)為所發(fā)送的應(yīng)答包可以被發(fā)送節(jié)點(diǎn)和其它候選節(jié)點(diǎn)100%接收[7]。

網(wǎng)絡(luò)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)包的一階能量消耗模型給出如下[9]

Etx(k,r)=Eeleck+kεampr2

(1)

Erx(k,r)=Eeleck

(2)

其中，k表示發(fā)送的信息量，單位為比特，r表示傳輸距離，Eelec表示電路元器件發(fā)送和接收1比特?cái)?shù)據(jù)所消耗的能量。εamp表示功率放大器發(fā)送每比特?cái)?shù)據(jù)的能耗系數(shù)。在本文中，傳輸損耗指數(shù)設(shè)置為2。Etx(k,r)和Erx(k,r)分別表示發(fā)送和接收k比特?cái)?shù)據(jù)所消耗的能量。

2 基于剩余能量的機(jī)會(huì)路由協(xié)議

2.1 剩余傳輸次數(shù)

在現(xiàn)有的一些機(jī)會(huì)路由協(xié)議設(shè)計(jì)中，候選節(jié)點(diǎn)集的選擇往往與一些固定的路由指標(biāo)相關(guān)聯(lián)。在這里我們以O(shè)APF機(jī)會(huì)路由協(xié)議所采用的EAX路由指標(biāo)為例進(jìn)行說(shuō)明。

EAX指標(biāo)表示由發(fā)送節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的期望任意路徑傳播次數(shù)，它的數(shù)學(xué)表達(dá)式給出如下

EAX(s,d)=S(s,d)+Z(s,d)

(3)

(4)

(5)

其中，s表示發(fā)送節(jié)點(diǎn)，d表示目的節(jié)點(diǎn)。A表示發(fā)送節(jié)點(diǎn)s的候選節(jié)點(diǎn)集，候選節(jié)點(diǎn)集中的節(jié)點(diǎn)按照各自的EAX指標(biāo)從小到大進(jìn)行排序，并編號(hào)為1到|A|，pj表示由發(fā)送節(jié)點(diǎn)s發(fā)送數(shù)據(jù)包到編號(hào)為j的候選節(jié)點(diǎn)的成功率。S(s,d)表示節(jié)點(diǎn)s發(fā)送數(shù)據(jù)包到候選節(jié)點(diǎn)集A中，并且至少有一個(gè)候選節(jié)點(diǎn)接收到數(shù)據(jù)包的期望傳輸次數(shù)。Z(s,d)表示由節(jié)點(diǎn)s的候選節(jié)點(diǎn)集A中的節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包到目的節(jié)點(diǎn)的期望傳輸次數(shù)，其中，由于候選節(jié)點(diǎn)的EAX指標(biāo)是固定的，因此，Z(s,d)的計(jì)算考慮了候選節(jié)點(diǎn)集中節(jié)點(diǎn)關(guān)于EAX指標(biāo)的優(yōu)先級(jí)。

然而，在許多的實(shí)際應(yīng)用中，節(jié)點(diǎn)的剩余能量被用在機(jī)會(huì)路由協(xié)議中的路由指標(biāo)中[8]。節(jié)點(diǎn)的剩余能量是隨著網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行在不斷變化的，因此，它很難像EAX指標(biāo)一樣被選擇作為候選節(jié)點(diǎn)集的一種選擇標(biāo)準(zhǔn)。為此，我們提出了一種新的度量指標(biāo)——剩余傳輸次數(shù)(RTX)，使用它來(lái)進(jìn)行候選節(jié)點(diǎn)集的選擇。

我們考慮如圖2所示的兩種情形。在圖2(a)中，節(jié)點(diǎn)s包含3個(gè)候選節(jié)點(diǎn)，分別為V1，V2和V3。在數(shù)據(jù)包傳輸過(guò)程中，由于節(jié)點(diǎn)V1，V2和V3的剩余能量是不斷變化的，因此，這3個(gè)節(jié)點(diǎn)在轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包上的優(yōu)先級(jí)也是不斷變化的。在圖2(b)中，由于目的節(jié)點(diǎn)d是節(jié)點(diǎn)s的候選節(jié)點(diǎn)，因此，在數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)上，目的節(jié)點(diǎn)d始終擁有最高的優(yōu)先級(jí)，節(jié)點(diǎn)V1和V3根據(jù)各自的剩余能量來(lái)確定各自的優(yōu)先級(jí)。

圖2 RTX度量指標(biāo)設(shè)計(jì)的兩種情況

我們首先考慮圖2(a)所示的情形，即節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)集中沒(méi)有目的節(jié)點(diǎn)的情形。假設(shè)A是節(jié)點(diǎn)s的候選節(jié)點(diǎn)集，則節(jié)點(diǎn)s的RTX指標(biāo)RTX(s,d)可以計(jì)算如下

RTX(s,d)=S(s,d)+Z(s,d)

(6)

(7)

(8)

其中，候選節(jié)點(diǎn)集A中的節(jié)點(diǎn)被隨機(jī)的編號(hào)為1到|A|，pj表示由發(fā)送節(jié)點(diǎn)s發(fā)送數(shù)據(jù)包到編號(hào)為j的候選節(jié)點(diǎn)的成功率。S(s,d)表示節(jié)點(diǎn)s發(fā)送數(shù)據(jù)包到候選節(jié)點(diǎn)集A中，并且至少有一個(gè)候選節(jié)點(diǎn)接收到數(shù)據(jù)包的期望傳輸次數(shù)。Z(s,d)表示由節(jié)點(diǎn)s的候選節(jié)點(diǎn)集A中的節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包到目的節(jié)點(diǎn)的期望傳輸次數(shù)，它是候選節(jié)點(diǎn)集中節(jié)點(diǎn)RTX指標(biāo)的加權(quán)平均值。

考慮圖2(b)所示的情形，即節(jié)點(diǎn)的候選節(jié)點(diǎn)集中包含目的節(jié)點(diǎn)。由于目的節(jié)點(diǎn)在任意候選節(jié)點(diǎn)集中總是擁有最高的優(yōu)先級(jí)，而在式(8)的計(jì)算過(guò)程中，候選節(jié)點(diǎn)集中的節(jié)點(diǎn)是沒(méi)有優(yōu)先級(jí)的，因此，采用式(8)來(lái)表示節(jié)點(diǎn)s的候選節(jié)點(diǎn)集中的節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)d之間的傳輸次數(shù)是不合適的。為此，我們將式(8)重寫(xiě)為

(9)

在這里，我們假設(shè)目的節(jié)點(diǎn)d在候選節(jié)點(diǎn)集A中的編號(hào)為|A|，即p|A|表示由節(jié)點(diǎn)s發(fā)送數(shù)據(jù)包到目的節(jié)點(diǎn)d的成功率。節(jié)點(diǎn)s發(fā)送數(shù)據(jù)包到候選節(jié)點(diǎn)集A中，并且至少有一個(gè)候選節(jié)點(diǎn)接收到數(shù)據(jù)包所需要的期望傳輸次數(shù)為S(s,d)。因此，在式(9)中，候選節(jié)點(diǎn)集A中目的節(jié)點(diǎn)d接收到數(shù)據(jù)包的概率為(1-p|A|)S(s,d)-1p|A|，而目的節(jié)點(diǎn)沒(méi)有接收到數(shù)據(jù)包的概率為(1-p|A|)S(s,d)。如果目的節(jié)點(diǎn)d接收到數(shù)據(jù)包，則不需要對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，剩余傳輸次數(shù)為0。而如果目的節(jié)點(diǎn)d沒(méi)有接收到數(shù)據(jù)包，則由候選節(jié)點(diǎn)集A中的其它節(jié)點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)的剩余傳輸次數(shù)為

(10)

這里，Z(s,A-j5i0abt0b)表示由節(jié)點(diǎn)s的候選節(jié)點(diǎn)集A-j5i0abt0b中的節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)包到目的節(jié)點(diǎn)的期望傳輸次數(shù)。由條件概率公式可知，由節(jié)點(diǎn)s的候選節(jié)點(diǎn)集中的節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)包到目的節(jié)點(diǎn)d的期望傳輸次數(shù)為(1-p|A|)S(s,d)-1p|A|·0+(1-p|A|)S(s,d)·Z(s,A-j5i0abt0b)。

2.2 尋找最優(yōu)候選節(jié)點(diǎn)集

在本文中，RTX指標(biāo)被用來(lái)選擇節(jié)點(diǎn)的候選節(jié)點(diǎn)集。在基于剩余能量為路由指標(biāo)的機(jī)會(huì)路由協(xié)議中，通過(guò)最小化節(jié)點(diǎn)的RTX指標(biāo)可以有效減少節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)侥康墓?jié)點(diǎn)的傳輸次數(shù)，從而減少不必要的能量消耗。

算法1給出了一個(gè)節(jié)點(diǎn)s的最優(yōu)候選節(jié)點(diǎn)集選擇方法以及其自身RTX指標(biāo)的計(jì)算方法。算法1的工作流程如下：首先初始化節(jié)點(diǎn)的候選節(jié)點(diǎn)集C為空集，且RTX(s,C)=∞。這里RTX(s,C)表示節(jié)點(diǎn)s以C為候選節(jié)點(diǎn)集時(shí)的RTX指標(biāo)。然后從節(jié)點(diǎn)s的鄰居節(jié)點(diǎn)集N(s)中任選一個(gè)子集Ω，該子集中的元素個(gè)數(shù)不能大于節(jié)點(diǎn)的出度W，即|Ω|≤W。接下來(lái)計(jì)算RTX(s,Ω)。這樣遍歷的尋找一個(gè)子集Ω，使得RTX(s,Ω)最小。最后所得到的子集Ω就是節(jié)點(diǎn)s的最優(yōu)候選節(jié)點(diǎn)集C，節(jié)點(diǎn)s的RTX指標(biāo)為RTX(s,C)，即RTX(s,d)=RTX(s,C)。

算法1： 候選節(jié)點(diǎn)集選擇算法

Input： the RTX metrics of all neighboring nodesN(s),the destination noded.

Output： the candidate set of the nodesand its RTX metric.

(1) LetCbe the set that represents the candidate of the nodesandC←?,RTX(s,C)←∞;

(2) LetΩbe a set andΩ←?;

(3)fori=1：Wdo

(4)forΩ← any i number of nodes∈N(s)do

(5)ifd∈Ωdo

(6) calculateRTX(s,Ω) by (6),(7),(9);

(7)else

(8) calculateRTX(s,Ω) by (6),(7),(8);

(9)endif

(10)ifRTX(s,Ω)

(11)C←Ω;

(12)endif

(13)endfor

(14)endfor

(15)returncandidate setCandRTX(s,C).

定理1 如果節(jié)點(diǎn)s的鄰居節(jié)點(diǎn)集N(s)中包含目的節(jié)點(diǎn)d，則由算法1得到的節(jié)點(diǎn)s的候選節(jié)點(diǎn)集包含目的節(jié)點(diǎn)d。

證明：我們采用反證法。

假設(shè)節(jié)點(diǎn)s的最優(yōu)候選節(jié)點(diǎn)集為C，j5i0abt0b∩C=?，使得RTX(s,C)≤RTX(s,Ω),?Ω?N(s)。

由1-∏j∈C(1-pj)<1-∏j∈C∪j5i0abt0b(1-pj)，得S(s,C)>S(s,C∪j5i0abt0b)。其中，S(s,C)表示由節(jié)點(diǎn)s發(fā)送數(shù)據(jù)包到其候選節(jié)點(diǎn)集C中，并且至少有一個(gè)候選節(jié)點(diǎn)接收到數(shù)據(jù)包所需要的期望傳輸次數(shù)。另一方面，由式(9)，我們有Z(s,C∪j5i0abt0b)=αZ(s,C)，α=(1-p|A|)S(s,d)<1，故Z(s,C)>Z(s,C∪j5i0abt0b)。所以，我們可以找到一個(gè)集合C∪j5i0abt0b?N(s)，使得RTX(s,C)>RTX(s,C∪j5i0abt0b)。故假設(shè)不成立，定理得證。

如何合理的應(yīng)用算法1來(lái)求取網(wǎng)絡(luò)中每一個(gè)節(jié)點(diǎn)的RTX指標(biāo)是我們接下來(lái)考慮的問(wèn)題。為此，我們提出了一個(gè)初始化算法來(lái)求取無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中每一個(gè)節(jié)點(diǎn)的RTX指標(biāo)。

算法2： 初始化算法

Input：network topologyG=(V,E,W),destination noded.

Output：the RTX metric and candidate set of each node

(1) LetRTX(d,d)←0,RTX(u,d)←∞,?u≠d;

(2) LetC1←V,C2←?;

(3)while|C1|>0do

(4) letvbe the node inC1,which has the smallest RTX metric;

(5)C1←C1-{v};

(6)C2←C2∪{v};

(7)foreach nodeu∈C1∩N(v)do

(8) run Algorithm 1 for nodeu;

(9)endfor

(10)endwhile

算法2首先初始化目的節(jié)點(diǎn)d的RTX指標(biāo)為0，其余節(jié)點(diǎn)的RTX指標(biāo)為∞，并初始化兩個(gè)集合C1=V，C2=?。然后選擇集合C1中RTX指標(biāo)最小的節(jié)點(diǎn)添加到集合C2中。假設(shè)新加入到集合C2中的節(jié)點(diǎn)為v，遍歷C1中的節(jié)點(diǎn)，如果這個(gè)節(jié)點(diǎn)屬于節(jié)點(diǎn)v的鄰居節(jié)點(diǎn)集N(v)，則采用算法1計(jì)算這個(gè)節(jié)點(diǎn)的RTX指標(biāo)。然后再次選擇集合C1中RTX指標(biāo)最小的節(jié)點(diǎn)添加到集合C2中。如此循環(huán)往復(fù)，直到集合C1為空集。

2.3 候選節(jié)點(diǎn)之間的協(xié)調(diào)方法

在本文所提的基于剩余能量的機(jī)會(huì)路由協(xié)議中，我們采用節(jié)點(diǎn)的剩余能量來(lái)對(duì)候選節(jié)點(diǎn)集中節(jié)點(diǎn)的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行排序，即節(jié)點(diǎn)的剩余能量越大，優(yōu)先級(jí)越高。由于在網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行過(guò)程中，節(jié)點(diǎn)的剩余能量是不斷變化的，因此，一個(gè)候選節(jié)點(diǎn)集中節(jié)點(diǎn)的優(yōu)先級(jí)排序結(jié)果也是不斷更新的。為了避免數(shù)據(jù)包的冗余傳輸，我們采用基于應(yīng)答包的協(xié)調(diào)機(jī)制來(lái)對(duì)候選節(jié)點(diǎn)集中的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行協(xié)調(diào)。關(guān)于基于應(yīng)答包的協(xié)調(diào)機(jī)制的工作原理請(qǐng)參見(jiàn)文獻(xiàn)[6]。

3 仿 真

在本文的仿真中，一個(gè)200 m×100 m的矩形區(qū)域被用來(lái)作為仿真場(chǎng)景，如圖3所示。

圖3 仿真場(chǎng)景

一個(gè)匯聚節(jié)點(diǎn)(用實(shí)心三角形表示)位于坐標(biāo)(200,50)處。若干個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)(用實(shí)心圓點(diǎn)表示)隨機(jī)均勻分布在這個(gè)200 m×100 m的區(qū)間內(nèi)。源節(jié)點(diǎn)(用空心圓點(diǎn)表示)位于坐標(biāo)(0,50)處。其它一些仿真中用到的參數(shù)在表1中給出。仿真通過(guò)將本文所提的RE-OR機(jī)會(huì)路由協(xié)議與現(xiàn)有的機(jī)會(huì)路由協(xié)議ExOR、EEOR和OAPF進(jìn)行比較來(lái)體現(xiàn)本文所提的機(jī)會(huì)路由協(xié)議在網(wǎng)絡(luò)生存周期上的優(yōu)點(diǎn)。此外，本文還研究了節(jié)點(diǎn)出度W、通信距離以及中繼節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)對(duì)本文所提的RE-OR機(jī)會(huì)路由協(xié)議的影響。

表1 仿真中的一些參數(shù)

圖4給出了RE-OR機(jī)會(huì)路由協(xié)議與傳統(tǒng)的ExOR、OAPF和EEOR機(jī)會(huì)路由協(xié)議的比較結(jié)果。從圖4中，我們可以看到，RE-OR機(jī)會(huì)路由協(xié)議相較于另外3種機(jī)會(huì)路由協(xié)議可以很大提升網(wǎng)絡(luò)的生存周期。

圖4 多種機(jī)會(huì)路由協(xié)議仿真的比較結(jié)果

圖5～圖7分別給出了節(jié)點(diǎn)出度W，通信距離以及中繼節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)對(duì)RE-OR機(jī)會(huì)路由協(xié)議的影響。從圖5和圖6中我們可以看到，選擇合適的節(jié)點(diǎn)出度和合適的通信距離有助于增加網(wǎng)絡(luò)的生存周期。這是由于選擇較多的子節(jié)點(diǎn)可以使得更多的節(jié)點(diǎn)參與到每一輪數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程中，同時(shí)也增加了網(wǎng)絡(luò)接收數(shù)據(jù)的開(kāi)銷。此外，較大的通信距離意味著比較大的傳輸成本，而較小的通信距離又會(huì)增加數(shù)據(jù)包傳輸?shù)奶鴶?shù)，從而增加網(wǎng)絡(luò)的通信成本。在圖6中，中繼節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)不同，最大網(wǎng)絡(luò)生存周期對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)通信距離不同。可見(jiàn)，節(jié)點(diǎn)通信距離的選擇與網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)密度有很大關(guān)系。從圖7中我們可以看到，網(wǎng)絡(luò)的生存周期隨著中繼節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)的增加而增加。但是，中繼節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)的增加無(wú)疑增加了網(wǎng)絡(luò)的硬件成本。因此，選擇一個(gè)合適的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模也是有必要的。

圖5 節(jié)點(diǎn)出度對(duì)RE-OR協(xié)議的影響

圖6 傳輸距離對(duì)RE-OR協(xié)議的影響

圖7 中繼節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)對(duì)RE-OR協(xié)議的影響

4 結(jié)束語(yǔ)

本文首先提出了一個(gè)剩余傳輸次數(shù)指標(biāo)，這個(gè)指標(biāo)可以被用來(lái)選擇網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的候選節(jié)點(diǎn)集。然后，本文將剩余傳輸次數(shù)指標(biāo)應(yīng)用到以節(jié)點(diǎn)剩余能量為路由指標(biāo)的機(jī)會(huì)路由協(xié)議RE-OR中。仿真結(jié)果表明，本文所提的基于剩余能量的機(jī)會(huì)路由協(xié)議RE-OR可以有效的延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的生存周期。并且，仿真結(jié)果還表明，在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，選擇合適的節(jié)點(diǎn)出度，通信距離以及中繼節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)是比較重要的。