精确打击效能评估系统中路由协议的研究

摘 要：本文在对泛洪协议研究的基础上，设计了一种能够在复杂网络环境中应用的路由协议——双重路径可靠路由协议，该协议针对泛洪协议对路由路径选择的盲目性，预先设置好路由路径，在确保路由算法健壮性的前提下，减少节点的能量消耗，提高数据传输的可靠性和实时性。

关键词：精确打击；效能评估；无线传感器网络；路由协议

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.24.232

0 引言

无线传感器网络由多个具有感知功能、通信功能和计算功能的传感器节点组成， 一般应用于军事领域或民用领域[1]。无线传感器网络是近些年兴起的新技术，其中的路由协议研究是很多科研人员研究的重点和难点。精确打击效能评估系统一般应用于导弹、炮弹频发的战争环境，该系统依赖于无线传感网络，对网络的健壮性和数据传输的实时性要求很高。针对这种特殊的需求，设计一种具有较强健壮性的无线传感器网络路由协议就成为精确打击效能评估系统要解决的主要问题之一。

1 精确打击效能评估系统

精确打击效能评估系统主要是对炮弹的弹着点进行实时报靶，每次射击后，会自动计算各类炮弹弹着点的误差，根据整体的命中情况进行实时精准的定位评估，其目的是为了给下一次的射击演练提供误差的修正参数。

精确打击效能评估系统依赖于无线传感网络，其检测手段使用的是声学定位法，爆炸声波在无线传感网络中通过网关节点，把获取的数据和信息传输至指挥控制中心，除去周围环境，如噪音、温度、风速等因素对爆炸声波的影响，计算机通过数学模型，计算出准确的弹着点的位置和命中率，为整个训练过程进行科学、有效、准确地评估[2]。

2 泛洪路由协议

洪泛路由算法是一种最可靠、最简单的路由算法，其基本思想是每个节点都是用广播向它的所有邻居节点转发收到的数据分组，如此反复操作，直到数据传送到目的节点或者达到数据报的最大跳数[3-4]。如图1所示。洪泛算法的缺点是盲目的选择路径，这样大规模的扩散会占用过多的网络资源，产生许多重复的分组，浪费了路由器的资源，降低效率。所以，在实际的网络应用中，泛洪算法都是需要进行限制的，一个数据包被复制了N次以后，将被丢弃[5-6]。

3 双重路径可靠路由协议设计

通过对泛洪协议的研究，对该协议的不足之处进行了改进，通过自身的ID和节点的级别值来限制数据报文在网络中的广播范围，在保证算法健壮性的基础上，降低了路由的能量消耗，避免了泛洪算法中路由选择的盲目性，这种协议称为双重路径可靠路由协议（Double Parents and Reliable Protocol，简称DPRP），双重路径可靠路由协议由以下三个部分组成：

（1） 请求组建路由。Sink节点向网络中的所有节点以泛洪的方式发出路由组建请求，确定每个节点的级别值和父节点。各个节点根据级别值来确定自己的第一父节点和第二父节点，并且给第一父节点发送一个确认，转发路由组建请求。（2）数据传输。通过组建完成的路由路径，Source节点将数据传送给Sink节点。（3）纠错重传。如果某个节点在数据传输过程中出现了错误，可以根据错误性质，让其子节点进行重新传输，或者选择第二父节点，改变向上传输的路径。

3.1 算法分析

双重路径可靠路由协议的算法易于实现，节点在进行报文转发时，其候选节点只有第一父节点和第二父节点，所以缩小了数据报文在网络中的广播范围，从而降低了网络的能量消耗。数据包以最快的速度朝着最接近Sink节点的方向转发，从而保证了Sink节点最终可以收到数据报文，提高了数据传输的可靠性和实时性。

3.2 仿真

采用NS2作为仿真平台，从能量损耗、时间延迟两个方面将仿真结果与定向扩散协议和泛洪协议进行了比较。如图2所示。

通过对以上仿真结果分析可以看出，在节点初始能量，网络规模相同的条件下，得出如下结论：（1）采取DPRP协议时在同等网络条件下基本可以达到泛洪协议的可靠性。（2） 定向扩散协议的能耗比DPRP协议高，其响应速度比DPRP协议慢。

本协议在具备较高健壮性的同时也兼俱节能性，并且有效解决了泛洪协议中存在的能耗过高和广播延迟冲突的问题。仿真结果表明本文算法适合精确打击系统对传感器网络路由算法的要求。

4 结语

本文以对无线传感器网络中泛洪路由协议的研究为出发点，根据泛洪路由协议的不足，进行了路由协议的改进，研究了一种新泛洪路由协议DPRP，通过仿真结果证明，该协议在保证了路由的健壮性的同时，在能量消耗、报文转发延时等方面都比泛洪协议有了很大的改进。该协议是一种在精确打击效能评估系统中可行的路由协议。

参考文献：

[1]屈巍，赵晶，洪洋.一种基于蚁群优化的动态节能路由选择策略[J].沈阳师范大学学报（自然科学版），2016，34（02）：234-239.

[2]刘式舟.WSN中基于拓扑控制的AHM-GAF算法研究[D].沈阳：东北大学，2007：1-7.

[3]黄志丹.无线传感网络中双路径可靠路由协议的研究[J].辽宁工程技术大学学报，2011，30（02）：304-307.

[4]朱伟凯，李航，尹稚淳.基于ASP.NET技术的无线传感器网络监控系统的设计[J].沈阳师范大学学报（自然科学版），2014，32（02） ：262-266

[5]袁书同，赵志刚.无线传感器网络安全组网技术研究[J].沈阳师范大学学报（自然科学版），2014，32（01）：92-97.

[6]马子彦，王五一，张勇敏.基于无线网络的城市消防报警系统的设计[J].计算机应用研究，2005（04）：109-111.

作者简介：黄志丹（1977-），女，辽宁阜新人，硕士，副教授，研究方向：计算机网络。