精確打擊效能評估系統(tǒng)中路由協(xié)議的研究

摘 要：本文在對泛洪協(xié)議研究的基礎(chǔ)上，設(shè)計了一種能夠在復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中應(yīng)用的路由協(xié)議——雙重路徑可靠路由協(xié)議，該協(xié)議針對泛洪協(xié)議對路由路徑選擇的盲目性，預(yù)先設(shè)置好路由路徑，在確保路由算法健壯性的前提下，減少節(jié)點的能量消耗，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院蛯崟r性。

關(guān)鍵詞：精確打擊；效能評估；無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；路由協(xié)議

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

0 引言

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由多個具有感知功能、通信功能和計算功能的傳感器節(jié)點組成， 一般應(yīng)用于軍事領(lǐng)域或民用領(lǐng)域[1]。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是近些年興起的新技術(shù)，其中的路由協(xié)議研究是很多科研人員研究的重點和難點。精確打擊效能評估系統(tǒng)一般應(yīng)用于導(dǎo)彈、炮彈頻發(fā)的戰(zhàn)爭環(huán)境，該系統(tǒng)依賴于無線傳感網(wǎng)絡(luò)，對網(wǎng)絡(luò)的健壯性和數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性要求很高。針對這種特殊的需求，設(shè)計一種具有較強健壯性的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議就成為精確打擊效能評估系統(tǒng)要解決的主要問題之一。

1 精確打擊效能評估系統(tǒng)

精確打擊效能評估系統(tǒng)主要是對炮彈的彈著點進行實時報靶，每次射擊后，會自動計算各類炮彈彈著點的誤差，根據(jù)整體的命中情況進行實時精準(zhǔn)的定位評估，其目的是為了給下一次的射擊演練提供誤差的修正參數(shù)。

精確打擊效能評估系統(tǒng)依賴于無線傳感網(wǎng)絡(luò)，其檢測手段使用的是聲學(xué)定位法，爆炸聲波在無線傳感網(wǎng)絡(luò)中通過網(wǎng)關(guān)節(jié)點，把獲取的數(shù)據(jù)和信息傳輸至指揮控制中心，除去周圍環(huán)境，如噪音、溫度、風(fēng)速等因素對爆炸聲波的影響，計算機通過數(shù)學(xué)模型，計算出準(zhǔn)確的彈著點的位置和命中率，為整個訓(xùn)練過程進行科學(xué)、有效、準(zhǔn)確地評估[2]。

2 泛洪路由協(xié)議

洪泛路由算法是一種最可靠、最簡單的路由算法，其基本思想是每個節(jié)點都是用廣播向它的所有鄰居節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)收到的數(shù)據(jù)分組，如此反復(fù)操作，直到數(shù)據(jù)傳送到目的節(jié)點或者達到數(shù)據(jù)報的最大跳數(shù)[3-4]。如圖1所示。洪泛算法的缺點是盲目的選擇路徑，這樣大規(guī)模的擴散會占用過多的網(wǎng)絡(luò)資源，產(chǎn)生許多重復(fù)的分組，浪費了路由器的資源，降低效率。所以，在實際的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，泛洪算法都是需要進行限制的，一個數(shù)據(jù)包被復(fù)制了N次以后，將被丟棄[5-6]。

3 雙重路徑可靠路由協(xié)議設(shè)計

通過對泛洪協(xié)議的研究，對該協(xié)議的不足之處進行了改進，通過自身的ID和節(jié)點的級別值來限制數(shù)據(jù)報文在網(wǎng)絡(luò)中的廣播范圍，在保證算法健壯性的基礎(chǔ)上，降低了路由的能量消耗，避免了泛洪算法中路由選擇的盲目性，這種協(xié)議稱為雙重路徑可靠路由協(xié)議（Double Parents and Reliable Protocol，簡稱DPRP），雙重路徑可靠路由協(xié)議由以下三個部分組成：

（1） 請求組建路由。Sink節(jié)點向網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點以泛洪的方式發(fā)出路由組建請求，確定每個節(jié)點的級別值和父節(jié)點。各個節(jié)點根據(jù)級別值來確定自己的第一父節(jié)點和第二父節(jié)點，并且給第一父節(jié)點發(fā)送一個確認，轉(zhuǎn)發(fā)路由組建請求。（2）數(shù)據(jù)傳輸。通過組建完成的路由路徑，Source節(jié)點將數(shù)據(jù)傳送給Sink節(jié)點。（3）糾錯重傳。如果某個節(jié)點在數(shù)據(jù)傳輸過程中出現(xiàn)了錯誤，可以根據(jù)錯誤性質(zhì)，讓其子節(jié)點進行重新傳輸，或者選擇第二父節(jié)點，改變向上傳輸?shù)穆窂健?/p>

3.1 算法分析

雙重路徑可靠路由協(xié)議的算法易于實現(xiàn)，節(jié)點在進行報文轉(zhuǎn)發(fā)時，其候選節(jié)點只有第一父節(jié)點和第二父節(jié)點，所以縮小了數(shù)據(jù)報文在網(wǎng)絡(luò)中的廣播范圍，從而降低了網(wǎng)絡(luò)的能量消耗。數(shù)據(jù)包以最快的速度朝著最接近Sink節(jié)點的方向轉(zhuǎn)發(fā)，從而保證了Sink節(jié)點最終可以收到數(shù)據(jù)報文，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院蛯崟r性。

3.2 仿真

采用NS2作為仿真平臺，從能量損耗、時間延遲兩個方面將仿真結(jié)果與定向擴散協(xié)議和泛洪協(xié)議進行了比較。如圖2所示。

通過對以上仿真結(jié)果分析可以看出，在節(jié)點初始能量，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模相同的條件下，得出如下結(jié)論：（1）采取DPRP協(xié)議時在同等網(wǎng)絡(luò)條件下基本可以達到泛洪協(xié)議的可靠性。（2） 定向擴散協(xié)議的能耗比DPRP協(xié)議高，其響應(yīng)速度比DPRP協(xié)議慢。

本協(xié)議在具備較高健壯性的同時也兼俱節(jié)能性，并且有效解決了泛洪協(xié)議中存在的能耗過高和廣播延遲沖突的問題。仿真結(jié)果表明本文算法適合精確打擊系統(tǒng)對傳感器網(wǎng)絡(luò)路由算法的要求。

4 結(jié)語

本文以對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中泛洪路由協(xié)議的研究為出發(fā)點，根據(jù)泛洪路由協(xié)議的不足，進行了路由協(xié)議的改進，研究了一種新泛洪路由協(xié)議DPRP，通過仿真結(jié)果證明，該協(xié)議在保證了路由的健壯性的同時，在能量消耗、報文轉(zhuǎn)發(fā)延時等方面都比泛洪協(xié)議有了很大的改進。該協(xié)議是一種在精確打擊效能評估系統(tǒng)中可行的路由協(xié)議。

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作者簡介：黃志丹（1977-），女，遼寧阜新人，碩士，副教授，研究方向：計算機網(wǎng)絡(luò)。