一種移動(dòng)無(wú)線傳感網(wǎng)的移動(dòng)感知數(shù)據(jù)路由算法

盧允偉 程杰 萬(wàn)錦昊 陳友榮

摘? 要：為了克服稀疏移動(dòng)無(wú)線傳感網(wǎng)下節(jié)點(diǎn)移動(dòng)導(dǎo)致的網(wǎng)絡(luò)分裂和提高數(shù)據(jù)傳輸效率，提出一種移動(dòng)無(wú)線傳感網(wǎng)的移動(dòng)感知數(shù)據(jù)路由算法。在MSDR中，提出移動(dòng)傳感節(jié)點(diǎn)的路由期望值計(jì)算公式和匯聚樹構(gòu)建方法。如果移動(dòng)傳感節(jié)點(diǎn)尋找到Sink節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸路徑時(shí)，將數(shù)據(jù)通過(guò)多跳的方式發(fā)送給Sink節(jié)點(diǎn)，否則分析存在的兩種情況（是否獲知Sink節(jié)點(diǎn)位置），提出不同的傳輸權(quán)值計(jì)算公式和中繼其他傳感節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的方法。仿真結(jié)果表明：MSDR可提高Sink節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)接收率，降低節(jié)點(diǎn)平均能耗和節(jié)點(diǎn)剩余能量方差。在一定條件下，MSDR比GPSR、AODV-M和RASeR更優(yōu)。

關(guān)鍵詞：移動(dòng)無(wú)線傳感網(wǎng);傳感節(jié)點(diǎn);移動(dòng)感知;數(shù)據(jù)路由

中圖分類號(hào)：TN929.5;TP212.9? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2019）15-0172-05

Mobile Sensing Data Routing Algorithm for Mobile Wireless Sensor Networks

LU Yunwei1，CHENG Jie1，WAN Jinhao2，CHEN Yourong2

（1.Zhejiang College of Construction，Hangzhou? 311231，China;

2.College of Information Science and Technology，Zhejiang Shuren University，Hangzhou? 310015，China）

Abstract：In order to overcome the network splitting caused by node movement in sparse mobile wireless sensor networks and improve data transmission efficiency，a mobile sensing data routing algorithm （MSDR） for mobile wireless sensor networks is proposed. In MSDR，a formula for calculating the expected routing value of mobile sensor nodes and a method for constructing aggregation tree are proposed. If the mobile sensor node finds the data transmission path of the Sink node，it sends the data to the Sink node through multi-hop way. Otherwise，it analyses the two existing situations （whether the location of the Sink node is known），and proposes different transmission weight calculation formulas and methods of relaying the data of other sensor nodes. The simulation results show that MSDR can improve the data receiving rate of Sink nodes，reduce the average energy consumption and residual energy variance of nodes. Under certain conditions，MSDR is better than GPSR，AODV-M and RASeR.

Keywords：mobile wireless sensor networks;sensor nodes;mobile perception;data routing

0? 引? 言

在移動(dòng)無(wú)線傳感網(wǎng)（Mobile Wireless Sensor Networks，MWSNs）中，傳感節(jié)點(diǎn)體積小，具有有限的板上存儲(chǔ)、處理、功率和通信能力。因此需要考慮其節(jié)點(diǎn)功率、網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間和數(shù)據(jù)傳輸率等方面的性能，進(jìn)行設(shè)備資源的統(tǒng)一規(guī)劃。其中，路由是降低通信能耗和延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間的有效方法之一[1]。因此，一些學(xué)者研究移動(dòng)無(wú)線傳感網(wǎng)的數(shù)據(jù)路由算法，并取得一定的成果。如文獻(xiàn)[2]考慮將路由與貪婪算法相結(jié)合，提出貪婪周邊無(wú)狀態(tài)路由算法（Greedy Perimeter Stateless Routing，GPSR）。文獻(xiàn)[3]在無(wú)線自組網(wǎng)的基礎(chǔ)上，結(jié)合無(wú)線自組網(wǎng)按需平面距離向量路由協(xié)議（Ad hoc On-Demand Distance Vector Routing，AODV），提出了一種基于AOVD鏈路長(zhǎng)度平方差最小和的路由算法（AODV-minimum sum of squared differences of link lengths，AODV-M）。該算法在獲得兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的速度和位置信息的基礎(chǔ)上，計(jì)算鏈路斷裂時(shí)間，同時(shí)計(jì)算結(jié)合鏈路長(zhǎng)度、鏈路閾值和移動(dòng)性的鏈路權(quán)值，并直接選擇權(quán)值最小的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。文獻(xiàn)[4]提出一種魯棒的Ad-hoc傳感路由協(xié)議（Robust Ad-hoc Sensor Routing protocol，RASeR）。在RASeR算法中，計(jì)算到Sink節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸跳數(shù)，并作為自身節(jié)點(diǎn)的權(quán)重，從周圍鄰居節(jié)點(diǎn)中選擇不高于其權(quán)重的節(jié)點(diǎn)作為轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)。文獻(xiàn)[5]結(jié)合LEACH和LEACH-M的優(yōu)點(diǎn)，提出一種移動(dòng)傳感網(wǎng)的路由算法，但是沒(méi)有考慮由于節(jié)點(diǎn)移動(dòng)所引起的網(wǎng)絡(luò)分裂，因此這些算法不能有效應(yīng)用在稀疏網(wǎng)絡(luò)。文獻(xiàn)[6]考慮節(jié)點(diǎn)移動(dòng)過(guò)程的狀態(tài)，提出一種負(fù)載平衡的路由算法，雖然考慮到稀疏網(wǎng)絡(luò)，采用機(jī)會(huì)路由方式轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，但是到Sink節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸存在盲目性，傳輸性能較差。

綜上所述，目前較多移動(dòng)無(wú)線傳感網(wǎng)的數(shù)據(jù)路由算法考慮監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)存在較多傳感節(jié)點(diǎn)，但是沒(méi)有考慮節(jié)點(diǎn)移動(dòng)導(dǎo)致的網(wǎng)絡(luò)分裂，且提高了算法應(yīng)用的硬件成本。一些適用于稀疏網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)路由算法存在數(shù)據(jù)傳輸?shù)拿つ啃裕瑐鬏斝阅茌^差。因此在上述文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，為降低系統(tǒng)的硬件成本，考慮監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)存在一定量的移動(dòng)傳感節(jié)點(diǎn)，提出一種移動(dòng)無(wú)線傳感網(wǎng)的移動(dòng)感知數(shù)據(jù)路由算法（Mobile Sensing Data Routing Algorithm For Mobile Wireless Sensor Networks，MSDR）。該算法意在處理移動(dòng)傳感節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)上傳問(wèn)題，從而提高Sink節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)接收率，降低節(jié)點(diǎn)平均能耗和節(jié)點(diǎn)剩余能量方差。

1? 算法原理

在MSDR中，假設(shè)：

（1）在一個(gè)平面無(wú)線傳感網(wǎng)中，投放兩類節(jié)點(diǎn)。一種是可以移動(dòng)的傳感節(jié)點(diǎn)，另一種是位置固定不變的Sink節(jié)點(diǎn)。

（2）傳感節(jié)點(diǎn)具有相同的感知覆蓋半徑、通信半徑和初始能量。

（3）在自身位置獲取方面，傳感節(jié)點(diǎn)可借助于定位設(shè)備或其他定位算法。

（4）傳感節(jié)點(diǎn)的初始能量有限。當(dāng)傳感節(jié)點(diǎn)的能量耗盡時(shí)，則進(jìn)入失效狀態(tài)。由于Sink節(jié)點(diǎn)的初始能量較大，在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行中存活時(shí)間較大，因此在有限的網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間內(nèi)，Sink節(jié)點(diǎn)能量無(wú)限。

（5）移動(dòng)的傳感節(jié)點(diǎn)有能力運(yùn)動(dòng)到所在監(jiān)測(cè)區(qū)域的任何位置。

如圖1所示，可獲取自身位置的移動(dòng)傳感節(jié)點(diǎn)無(wú)序投放在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)。當(dāng)開(kāi)始工作時(shí)，移動(dòng)傳感節(jié)點(diǎn)開(kāi)始無(wú)序運(yùn)動(dòng)，并在其運(yùn)動(dòng)過(guò)程中收集自身位置信息。在數(shù)據(jù)傳輸方面分成兩種情況，若移動(dòng)傳感節(jié)點(diǎn)已經(jīng)找到往Sink節(jié)點(diǎn)的發(fā)送數(shù)據(jù)路徑時(shí)，則直接采用多跳的方法發(fā)送數(shù)據(jù)。但若沒(méi)有找到的情況下，則開(kāi)始計(jì)算權(quán)值，選擇將數(shù)據(jù)發(fā)送給權(quán)值最高的傳感節(jié)點(diǎn)。目前MSDR仍存在兩個(gè)急待解決的問(wèn)題：一是如果移動(dòng)傳感節(jié)點(diǎn)在Sink節(jié)點(diǎn)的附近，如何根據(jù)Sink節(jié)點(diǎn)和其附近的移動(dòng)傳感節(jié)點(diǎn)，完成到Sink節(jié)點(diǎn)的匯聚樹的構(gòu)建任務(wù)。二是當(dāng)傳感節(jié)點(diǎn)沒(méi)有到Sink節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸路徑，分析存在的兩種情況（是否獲知數(shù)據(jù)匯聚站位置），如何提出不同的傳輸權(quán)值計(jì)算公式和中繼其他傳感節(jié)點(diǎn)的方法，從而提高傳感節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸率。這兩個(gè)問(wèn)題的具體解決如下。

1.1? 匯聚樹構(gòu)建

節(jié)點(diǎn)在大規(guī)模的投放之后，Sink節(jié)點(diǎn)能自行廣播節(jié)點(diǎn)本身ID、所處的位置等信息。此外，傳感節(jié)點(diǎn)可自行尋找往Sink節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)的路線。若路線在一定范圍內(nèi)，傳感節(jié)點(diǎn)主動(dòng)接收Sink節(jié)點(diǎn)廣播的信息來(lái)完成鏈路權(quán)值的計(jì)算和設(shè)置，同時(shí)將周圍節(jié)點(diǎn)信息作統(tǒng)一記錄，并廣播節(jié)點(diǎn)本身ID、本身所處方位、Sink節(jié)所處位置等信息[7]。鏈路權(quán)值計(jì)算如下：

Ris=wis=2gisEelec+gisεfsdis2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（1）

其中，Ris表示在網(wǎng)絡(luò)中某一個(gè)傳感節(jié)點(diǎn)i進(jìn)行數(shù)據(jù)上傳的路由權(quán)值，wis表示在網(wǎng)絡(luò)中某一個(gè)傳感節(jié)點(diǎn)i根據(jù)其到Sink節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)上傳路線所計(jì)算的鏈路權(quán)值，dis表示網(wǎng)絡(luò)中某一個(gè)傳感節(jié)點(diǎn)i到Sink節(jié)點(diǎn)所處實(shí)際位置的間距，gis表示網(wǎng)絡(luò)中某一個(gè)傳感節(jié)點(diǎn)i沿著數(shù)據(jù)上傳路線往Sink節(jié)點(diǎn)一共上傳的數(shù)據(jù)總和，Eelec表示網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)完成單位數(shù)據(jù)的收發(fā)時(shí)所消耗的能量值，εfs表示網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)對(duì)信號(hào)進(jìn)行單位放大時(shí)所消耗的能量值。

在網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)傳感節(jié)點(diǎn)采集到附近傳感節(jié)點(diǎn)所發(fā)送的信息后，則按式（2）計(jì)算出到這附近傳感節(jié)點(diǎn)的鏈路權(quán)值，同時(shí)按式（3）開(kāi)始計(jì)算，若選擇這附近傳感節(jié)點(diǎn)作為父節(jié)點(diǎn)的路由期望值，并且將此信息記錄在節(jié)點(diǎn)內(nèi)部的表格中。

wij=[2gijEelec+gijεfsdij2][dis]? ? ? ? ? ? ?（2）

Rij=wij+Rj? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （3）

其中，wij表示在網(wǎng)絡(luò)中某一個(gè)傳感節(jié)點(diǎn)i到其附近傳感節(jié)點(diǎn)j的鏈路權(quán)值，dij表示在網(wǎng)絡(luò)中某一個(gè)傳感節(jié)點(diǎn)i到其附近傳感節(jié)點(diǎn)j所處實(shí)際位置的間距，gij表示網(wǎng)絡(luò)中某一個(gè)傳感節(jié)點(diǎn)i上傳給附近傳感節(jié)點(diǎn)j的數(shù)據(jù)總和，Ere（j）表示網(wǎng)絡(luò)中某一個(gè)傳感節(jié)點(diǎn)j完成當(dāng)前數(shù)據(jù)上傳后所剩下的能量值，y1表示在傳輸數(shù)據(jù)過(guò)程中能量消耗的使用系數(shù)，y2表示傳輸數(shù)據(jù)成功后剩下能量的使用系數(shù)，y3表示到Sink節(jié)點(diǎn)所處實(shí)際位置的間距使用系數(shù)，這三者的關(guān)系為y1+y2+y3=1。Rij表示網(wǎng)絡(luò)中某一個(gè)傳感節(jié)點(diǎn)i選擇其附近傳感節(jié)點(diǎn)作為父節(jié)點(diǎn)時(shí)所計(jì)算出的路由期望值，Rj表示網(wǎng)絡(luò)中某一個(gè)傳感節(jié)點(diǎn)j的路由權(quán)值。如果網(wǎng)絡(luò)中某一個(gè)傳感節(jié)點(diǎn)可以從附近的節(jié)點(diǎn)或Sink節(jié)點(diǎn)接收信息分組，發(fā)現(xiàn)存在到Sink節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸路線，并且將其自身的權(quán)重設(shè)置為1。若在傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，查詢附近節(jié)點(diǎn)信息表中是否有Sink節(jié)點(diǎn)，根據(jù)結(jié)果分成以下兩種情況：如果有Sink節(jié)點(diǎn)信息，選擇向Sink節(jié)點(diǎn)發(fā)送請(qǐng)求信息，并在Sink節(jié)點(diǎn)響應(yīng)后立即開(kāi)始數(shù)據(jù)傳輸;否則，在附近節(jié)點(diǎn)信息表中選擇能夠達(dá)到預(yù)期路由值的節(jié)點(diǎn)作為父節(jié)點(diǎn)，同樣開(kāi)始發(fā)送請(qǐng)求信息，并在收到應(yīng)答后開(kāi)始數(shù)據(jù)傳輸。

1.2? 機(jī)會(huì)路由

考慮實(shí)現(xiàn)過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)傳感節(jié)點(diǎn)未收到Sink節(jié)點(diǎn)或附近傳感節(jié)點(diǎn)的路由信息的現(xiàn)象，意味著該節(jié)點(diǎn)不能查找往Sink節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸路線。一旦出現(xiàn)，則采用基于傳輸權(quán)值的機(jī)會(huì)路由算法，即節(jié)點(diǎn)在運(yùn)動(dòng)中，不斷發(fā)送廣播發(fā)現(xiàn)包，且接收附近傳感節(jié)點(diǎn)的路由信息。通過(guò)與鄰居傳感節(jié)點(diǎn)的信息交換，計(jì)算自身的傳輸權(quán)值。具體傳輸權(quán)值的計(jì)算方法如下：根據(jù)存在的兩種情況，計(jì)算自身的傳輸權(quán)值。一種是當(dāng)傳感節(jié)點(diǎn)未獲知Sink節(jié)點(diǎn)的位置坐標(biāo)時(shí)，直接根據(jù)存儲(chǔ)空間的狀態(tài)和隨機(jī)值計(jì)算傳輸權(quán)值。計(jì)算公式如下：

Pit=e? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （4）

其中，Pit表示傳感節(jié)點(diǎn)i在t時(shí)將數(shù)據(jù)成功傳輸給Sink節(jié)點(diǎn)的權(quán)值，k1表示初始參數(shù)，k2表示存儲(chǔ)容量參數(shù)，Di表示傳感節(jié)點(diǎn)i的空閑存儲(chǔ)空間，Dmax表示傳感節(jié)點(diǎn)的最大存儲(chǔ)空間。另一種是通過(guò)數(shù)據(jù)通信，獲知Sink節(jié)點(diǎn)的位置坐標(biāo)，根據(jù)到Sink節(jié)點(diǎn)的距離和移動(dòng)方向計(jì)算傳輸權(quán)值，具體公式如下：

Pit=e? ? ? ? ? ? ?（5）

其中，（xit，yit）表示時(shí)刻t時(shí)傳感節(jié)點(diǎn)i的位置坐標(biāo)，（xs，ys）表示Sink節(jié)點(diǎn)的位置坐標(biāo)，dmax表示Sink節(jié)點(diǎn)到監(jiān)測(cè)區(qū)域邊界的最大距離，k3表示存儲(chǔ)容量參數(shù)，k4表示傳感節(jié)點(diǎn)到Sink節(jié)點(diǎn)的距離參數(shù)，k5表示移動(dòng)方向參數(shù)，且k3+k4+k5=1，s5表示移動(dòng)方向指示符號(hào)，s5=0表示傳感節(jié)點(diǎn)移動(dòng)靠近Sink節(jié)點(diǎn)，否則s5=1表示傳感節(jié)點(diǎn)移動(dòng)遠(yuǎn)離Sink節(jié)點(diǎn)。

s5=? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（6）

其中，θ表示傳感節(jié)點(diǎn)移動(dòng)方向與傳感節(jié)點(diǎn)到Sink節(jié)點(diǎn)的有向線段的夾角。若附近節(jié)點(diǎn)同樣未能找到往Sink節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)的路線時(shí)，兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間相互自身傳輸權(quán)值，將數(shù)據(jù)從低傳輸權(quán)值的節(jié)點(diǎn)往高傳輸權(quán)值的節(jié)點(diǎn)發(fā)送。

2? 算法仿真

2.1? 仿真參數(shù)選擇

考慮在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，路由信息、路由發(fā)送等信息的傳輸占總傳輸中的很少一部分，并且當(dāng)數(shù)據(jù)計(jì)算時(shí)的能量消耗較少。因此，在仿真過(guò)程中只考慮無(wú)線傳感網(wǎng)感知數(shù)據(jù)的無(wú)線通信時(shí)的能量消耗。同時(shí)在傳輸過(guò)程中，未獲知Sink節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)傳感節(jié)點(diǎn)處在節(jié)點(diǎn)稀疏分布的位置，數(shù)據(jù)傳輸存在盲目性，其數(shù)據(jù)傳輸權(quán)值不宜過(guò)大，因此根據(jù)機(jī)會(huì)路由的特性，令獲知Sink節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)傳感節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸權(quán)值最小值應(yīng)等于未知Sink節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)傳感節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸權(quán)值的最大值，即式（5）的最小值等于式（4）的最大值，則：

max{-k1-k2（Di/Dmax）}=-k1=min{-k3（Di/Dmax）-k4? /dmax-s5k4}=-k3-k4-k5=-1? ? ? ?（7）

從式（7）中可得k1=1，同時(shí)式（4）的最小值為e，

當(dāng)k2取大于2的值時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸權(quán)值pit小于4.9%，考慮到k2的增加只是較少降低pit的值，因此k2=2。按照上述分析，選擇在仿真區(qū)域內(nèi)隨機(jī)均勻分布的傳感節(jié)點(diǎn)，假設(shè)所有傳感節(jié)點(diǎn)隨機(jī)運(yùn)動(dòng)，而Sink節(jié)點(diǎn)放置在監(jiān)測(cè)區(qū)域的中央，同時(shí)按如表1所示的參數(shù)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，最終得到Sink節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)接收率，節(jié)點(diǎn)平均能量消耗、節(jié)點(diǎn)剩余能量方差、節(jié)點(diǎn)剩余數(shù)據(jù)量方差、節(jié)點(diǎn)平均丟包率和數(shù)據(jù)包平均跳數(shù)。

2.2? 仿真結(jié)果分析

選擇節(jié)點(diǎn)數(shù)量為30，節(jié)點(diǎn)移動(dòng)速度分別為10m/s、15 m/s、20m/s、25m/s、30m/s，然后結(jié)合表1中參數(shù)，運(yùn)行GPSR、AODV-M、RASeR和MSDR算法，計(jì)算各個(gè)算法的性能參數(shù)。

如圖2所示，不管節(jié)點(diǎn)移動(dòng)速率如何變化，MSDR的Sink節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)接收率始終高于GPSR、AODV-M和RASeR。RASeR的Sink節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)接收率低于MSDR但高于GPSR和AODV-M。其主要原因是MSDR的算法運(yùn)用匯聚樹構(gòu)建方法，這能協(xié)助Sink節(jié)點(diǎn)加快收集其附近傳感節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息。而且該算法運(yùn)用機(jī)會(huì)路由算法提高孤立傳感節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)上傳效率，最終使得Sink節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)收集效率提高。而RASeR依靠路徑總長(zhǎng)度選擇傳輸路徑。雖然根據(jù)路徑總長(zhǎng)度能夠有效傳輸存在到Sink節(jié)點(diǎn)傳輸路徑的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，但是在稀疏網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，該算法較少考慮由于網(wǎng)絡(luò)分裂而引起的數(shù)據(jù)傳輸異常情況，沒(méi)有考慮孤立節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯?wèn)題。GPSR采用歐式距離作為權(quán)值，但是在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化快速且節(jié)點(diǎn)較少的移動(dòng)稀疏無(wú)線傳感網(wǎng)中，僅根據(jù)歐式距離進(jìn)行數(shù)據(jù)路由會(huì)造成路由選擇的盲目和單一。AODV-M考慮鏈路過(guò)長(zhǎng)引起的能量損耗，利用較近節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)傳輸替代長(zhǎng)距離的數(shù)據(jù)傳輸，但是在稀疏網(wǎng)絡(luò)條件下，節(jié)點(diǎn)之間間隔較遠(yuǎn)，選擇較近節(jié)點(diǎn)作為父節(jié)點(diǎn)容易造成數(shù)據(jù)的丟包，因此其Sink節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)接收率最低。

如圖3所示，在平均節(jié)點(diǎn)丟包率方面，AODV-M表現(xiàn)最差且MSDR的表現(xiàn)優(yōu)于GPSR、AODV-M和RASeR。這是因?yàn)椋篗SDR考慮了剩余能量和到Sink節(jié)點(diǎn)的距離，將數(shù)據(jù)分流到其他傳感節(jié)點(diǎn)，同時(shí)MSDR考慮機(jī)會(huì)路由機(jī)制，孤立節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)發(fā)送給更有可能連入?yún)R聚樹的移動(dòng)傳感節(jié)點(diǎn)，一定程度上避免了因網(wǎng)絡(luò)分裂而引起孤立節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)丟包，從而降低了節(jié)點(diǎn)平均丟包率。

如圖4所示，在節(jié)點(diǎn)平均能耗方面，MSDR的表現(xiàn)情況同樣優(yōu)于GPSR、AODV-M和RASeR。這是因?yàn)椋篗SDR在匯聚樹的構(gòu)建中，考慮節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸能耗、距離和節(jié)點(diǎn)的剩余能量，在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中不時(shí)重新選擇剩余能量較高的節(jié)點(diǎn)為新的父節(jié)點(diǎn)。但GPSR算法更偏向于選擇離Sink節(jié)點(diǎn)最近的節(jié)點(diǎn)，而RASeR算法則偏向于選擇傳送距離長(zhǎng)的附近節(jié)點(diǎn)。因此，GPSR和RASeR算法在剩余能量方面都沒(méi)有考慮，最終導(dǎo)致它們能量消耗較高。此外，在AODV-M算法中，部分節(jié)點(diǎn)進(jìn)行較多的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，最終導(dǎo)致其消耗較多能量。因此，MSDR在數(shù)據(jù)傳輸時(shí)既考慮剩余能量的影響也考慮了數(shù)據(jù)包傳輸時(shí)效的問(wèn)題，其節(jié)點(diǎn)平均能耗最少。

如圖5所示，在節(jié)點(diǎn)剩余能量方差方面，MSDR的節(jié)點(diǎn)剩余能量方差始終低于GPSR、AODV-M和RASeR。其主要原因是在MSDR算法中，傳感節(jié)點(diǎn)在選擇父節(jié)點(diǎn)時(shí)將剩余能量的高低作為選擇的標(biāo)準(zhǔn)之一。

因此，MSDR能夠均衡各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的剩余能量。GPSR、AODV-M和RASeR沒(méi)有考慮剩余能量，鏈路結(jié)構(gòu)比較單一，容易造成節(jié)點(diǎn)的能量消耗過(guò)多，從而影響了節(jié)點(diǎn)剩余能量方差。

3? 結(jié)? 論

首先，對(duì)算法MSDR的原理進(jìn)行介紹。其次，提出匯聚樹的建立方法，即給出在Sink節(jié)點(diǎn)單跳通信范圍內(nèi)傳感節(jié)點(diǎn)的路由期望值計(jì)算公式和其他移動(dòng)傳感節(jié)點(diǎn)之間的路由期望值計(jì)算公式，并根據(jù)路由期望值構(gòu)建匯聚樹。再次，提出機(jī)會(huì)路由方法，即給出已知Sink節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸權(quán)值計(jì)算公式和未知Sink節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸權(quán)值計(jì)算公式，并根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸權(quán)值選擇轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)。最后，在算法仿真環(huán)節(jié)，在多個(gè)方面對(duì)比GPSR、AODV-M、RASeR和MSDR四種算法。

總之，不管節(jié)點(diǎn)移動(dòng)速率如何變化，相比GPSR、AODV-M和RASeR，MSDR提高了Sink節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)接收率，降低了節(jié)點(diǎn)平均能耗和節(jié)點(diǎn)剩余能量方差。但是MSDR主要考慮節(jié)點(diǎn)隨機(jī)移動(dòng)，沒(méi)有考慮節(jié)點(diǎn)其他移動(dòng)方式，因此下一個(gè)階段目標(biāo)是研究權(quán)衡區(qū)域覆蓋和數(shù)據(jù)傳輸率的節(jié)點(diǎn)移動(dòng)路徑選擇和數(shù)據(jù)路由算法。

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作者簡(jiǎn)介：盧允偉（1975-），男，漢族，浙江東陽(yáng)人，教育技術(shù)中心教師，講師，工程碩士，本科，研究方向：無(wú)線傳感網(wǎng)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用和物聯(lián)網(wǎng)。