基于低占空比机会汇聚树路由协议

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1、基于低占空比机会汇聚树路由协议　　摘要：针对无线传感器网络（WSN）中存在节点剩余能量不足而导致的路由失效问题，提出一种基于低占空比的汇聚树机会路由算法CTOR在CTOR中，首先根据网络的传输质量需求确定路由候选节点集；然后，节点以广播方式向所有候选节点传输数据包，收到数据包的候选节点再以一定概率转发该数据包，转发成功的候选节点即为选定的路由节点概率的引进保证了高数据传输质量与轻网络负载；同时，网关节点发送时间同步控制信息以达到全网时间同步的目的；节点根据固定占空比进行休眠切换，以减少节点的能量

2、消耗，延长网络的生存周期仿真实验表明，基于低占空比的协议可有效地避免网络空洞问题，延长网络的生存周期；同时，机会性的转发可以有效地提高数据包的成功接收率，降低网络的丢包率关键词：无线传感器网络；时间同步；占空比；机会路由；转发概率中图分类号：TP393文献标志码：A0引言在无线传感网[1]（WirelessSensor14Network，WSN）中，节点一般由电池供电，而多数情况下，目标监测区域为敌对环境或难以到达，致使电池的频繁更换不现实因此，能量是WSN中最为珍贵的资源同时，节点的计算能力和

3、带宽资源也是非常有限的因此，如何利用传感网的有限资源为应用提供服务质量（QaulityofService，QoS）保障是WSN的研究热点WSN中的路由协议负责将源节点感知的数据通过网络转发到Sink节点，其中包括寻找合适的下一跳节点和保证数据的正确转发在WSN中，由于节点的能量有限且一般没有能量的补充，因此，路由协议必须是能源有效的；同时，WSN中节点数量众多，规模可观，故路由协议同时必须具备可扩展性和鲁棒性目前针对无线网络的特点已经提出了多种路由协议，如文献[2]中提出的洪泛路由协议，该协议算

4、法简单，不需要维护网络拓扑，鲁棒性强，但是容易造成数据内爆和数据重复，能量消耗过大，不适用于能量有限的传感器网络文献[3]提出了基于协商的能量自适应路由（SensorProtocolsforInformationviaNegotiation，SPIN），该协议可以有效地克服洪泛的缺点，但是该协议在每次发送数据包前都需要发送检测数据包，开销和延迟都较大，不适合大规模的网络汇聚树路由协议（CollectionTreeProtocol，CTP）[4]是典型的数据汇聚路由协议，通过将目的节点设为树根，以

5、期望传输值（Expected14Transmissions，ETX）[5]作为路由梯度，将普通监测节点加入到汇聚树中，从而为节点建立一条到目的节点的确定的路径[6]虽然CTP是以链路质量作为选路的标准，但是这种确定性的父节点选择在链路状态不稳定的无线网络中可能会导致某一节点负载过重，能量消耗过大；同时会导致大量的数据包丢失，而数据包丢失后，发送节点会启动重传机制，导致丢包情况加剧，从而影响网络的性能针对无线链路的广播、不稳定特性以及确定性路由的缺点，MIT首次提出了机会路由ExOR[7]机会路由

6、充分利用了无线网络的广播和链路不确定特性，通过向多个候选节点同时发送，机会性地选择下一跳转发节点，可以有效地提高传输质量，提高网络吞吐量随后国内外关于机会路由又开展了深入的研究[8-12]ExOR的不足就在于扩展性不强，缺乏转发节点间协调机制，数据包重复概率高机会路由中影响路由性能的一个重要因素就是数据的重复发送，如何进行候选节点之间的协调成为设计机会路由必须要考虑的问题目前主要有控制包应答模式协调机制[7，13-15]和无协调方式[16-17]本文提出一种满足给定传输率的概率协调方法，可以在有

7、效减少重复包个数的同时保证网络的传输率除此之外，针对野外环境监测的传感器网络来说，可能短时间内节点的监测数据不会发生剧烈的变化，那么节点适当地降低采集频率，间歇性地关闭射频模块，即为网络中的节点加入休眠调度机制，以此来延长网络生存周期14本文针对以上提出的问题，以野外环境监测为应用背景，结合休眠调度机制，充分利用网络的广播特性，提出了基于低占空比的机会汇聚树路由协议：CTOR（CollectionTreebasedOpportunisticRoutingwithLowDutyCycle）1CTO

8、R协议描述假设传感器监测节点和网关节点随机部署在大范围的野外区域，节点和网关的位置未知，那么在网络的最初阶段就是确定网络中数据流的方向，方向确定后，节点需要通过广播的方式向候选节点集发送数据，候选节点集通过一定的概率协调来保证数据的可靠传输因此，CTOR协议可以分为三部分：确定方向过程、机会路由过程和休眠调度过程1.1确定方向过程网关节点广播寻找数据包来为网络中的节点确定网关的方向，网关的一跳邻居节点收到该数据包后，记录下自己距离网关的跳数，然后转发该数据包当一个节点收到多个数据包时，只将跳步数