王 群 錢煥延 戚 湧 李千目 詹國(guó)勝

(1南京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，南京 210094)

(2江蘇警官學(xué)院計(jì)算機(jī)信息與網(wǎng)絡(luò)安全系，南京 210031)

以數(shù)據(jù)為中心的無線傳感網(wǎng)把自然界中客觀存在的非信息技術(shù)元素通過各類接入方式主動(dòng)融入信息網(wǎng)絡(luò)，引發(fā)了信息感知領(lǐng)域的一場(chǎng)新變革［1］.通過加強(qiáng)對(duì)無線傳感網(wǎng)在各類突發(fā)和應(yīng)急事件中的應(yīng)用研究和實(shí)戰(zhàn)創(chuàng)新，可充分發(fā)揮科技優(yōu)勢(shì)，有效降低事件造成的危害和影響.在應(yīng)急環(huán)境中，災(zāi)難的發(fā)生通常具有不可預(yù)見性和不可抗拒性，且災(zāi)難發(fā)生區(qū)域通常具有環(huán)境復(fù)雜惡劣、人員不方便或無法到達(dá)等特點(diǎn)，致使傳統(tǒng)的無線傳感網(wǎng)在節(jié)點(diǎn)部署、通信延時(shí)、信號(hào)區(qū)域覆蓋、節(jié)點(diǎn)能量損耗等方面受到制約［2-3］.在應(yīng)急救援過程中，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)由救援人員和移動(dòng)機(jī)器人攜帶的個(gè)體傳感器組成.如果能夠提供一種將移動(dòng)節(jié)點(diǎn)加入無線傳感網(wǎng)的機(jī)制，不僅可以靈活高效地獲取指定區(qū)域的現(xiàn)場(chǎng)信息，而且可以填補(bǔ)網(wǎng)絡(luò)中的監(jiān)測(cè)盲點(diǎn)，擴(kuò)大對(duì)應(yīng)急環(huán)境的感知范圍，進(jìn)一步發(fā)揮無線傳感網(wǎng)在應(yīng)急救援中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì).

在應(yīng)急環(huán)境中，無線傳感網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)具備的條件包括能對(duì)突發(fā)事件做出快速反應(yīng)、可實(shí)時(shí)查詢某一區(qū)域或某個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的情況、可快速查詢某一監(jiān)測(cè)內(nèi)容出現(xiàn)異常的具體位置等.本文綜合分析了無線傳感網(wǎng)中基于分配、競(jìng)爭(zhēng)和混合型這3種MAC協(xié)議類型［4-6］的特點(diǎn)，同時(shí)對(duì) S-MAC 協(xié)議［7］、TMAC 協(xié)議［8］、B-MAC 協(xié)議［9］和 X-MAC 協(xié)議［10］等典型的競(jìng)爭(zhēng)型MAC協(xié)議進(jìn)行討論，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出一種基于X-MAC協(xié)議的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)接入機(jī)制.為了解決傳統(tǒng)定向擴(kuò)散(directed diffusion，DD)路由算法中由于興趣擴(kuò)散階段向全網(wǎng)廣播興趣報(bào)文而導(dǎo)致的流量和能耗過大問題，提出了一種興趣有效傳播路徑判定規(guī)則.該規(guī)則通過探測(cè)興趣有效傳播路徑，利用節(jié)點(diǎn)的位置信息使興趣的擴(kuò)散具有明確的方向性.仿真實(shí)驗(yàn)中，對(duì)傳統(tǒng)路由算法和改進(jìn)后的路由算法分別進(jìn)行了測(cè)試，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析.

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與節(jié)點(diǎn)接入設(shè)計(jì)

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

應(yīng)急環(huán)境下的無線傳感網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示.現(xiàn)假設(shè)災(zāi)難發(fā)生區(qū)域?yàn)橐粋€(gè)二維平面結(jié)構(gòu)，大量位置固定的傳感器節(jié)點(diǎn)隨機(jī)部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)，個(gè)體傳感器作為移動(dòng)節(jié)點(diǎn)在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)根據(jù)工作要求自由移動(dòng)，并與其他節(jié)點(diǎn)建立通信連接.整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由監(jiān)測(cè)中心(又稱上位機(jī))及配套服務(wù)器和無線傳感網(wǎng)2個(gè)部分組成.其中，可同時(shí)配備多種傳感器的無線傳感器節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)采集并上傳其感知半徑范圍內(nèi)的環(huán)境信息;匯聚節(jié)點(diǎn)(Sink節(jié)點(diǎn))作為無線傳感網(wǎng)與監(jiān)測(cè)中心的協(xié)調(diào)者，實(shí)現(xiàn)信息的上傳下達(dá)功能［11］.

移動(dòng)節(jié)點(diǎn)接入網(wǎng)絡(luò)主要有被動(dòng)接入和主動(dòng)接入2種方式.在主動(dòng)接入方式中，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)主動(dòng)向周圍的靜止節(jié)點(diǎn)持續(xù)廣播請(qǐng)求接入消息，靜止節(jié)點(diǎn)收到請(qǐng)求接入消息后向移動(dòng)節(jié)點(diǎn)發(fā)送響應(yīng)消息，從而建立連接.這種方式的接入延遲較小，而且靜止節(jié)點(diǎn)無需定期廣播邀請(qǐng)報(bào)文，減少了能量消耗;然而，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)廣播接入請(qǐng)求報(bào)文之前必須確認(rèn)無線信道空閑，避免干擾其他節(jié)點(diǎn)的正常通信.在應(yīng)急監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，個(gè)體傳感器節(jié)點(diǎn)能快速地在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)穿梭，并對(duì)接入的響應(yīng)時(shí)間有較高的要求.因此，本文采用主動(dòng)接入方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)接入與動(dòng)態(tài)鏈路的維護(hù).具體過程可分為以下2個(gè)階段(見圖2):

圖2 B-MAC協(xié)議和X-MAC協(xié)議收發(fā)示意圖

①移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的接入過程.如圖3所示，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)在發(fā)起接入請(qǐng)求之前，首先偵聽信道是否空閑(偵聽時(shí)間設(shè)為tdm).若確認(rèn)信道空閑，則廣播接入請(qǐng)求消息，接入請(qǐng)求消息以頻閃前導(dǎo)碼的方式發(fā)送，頻閃間隔為tf，一次接入請(qǐng)求的最長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間為treq.若在時(shí)間treq內(nèi)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)未收到接入應(yīng)答信息，則重新偵聽信道是否空閑，進(jìn)入下一個(gè)偵聽-廣播接入請(qǐng)求階段，從而避免移動(dòng)節(jié)點(diǎn)因長(zhǎng)期占用信道資源而影響其他節(jié)點(diǎn)的正常通信.若在時(shí)間treq內(nèi)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)收到其他節(jié)點(diǎn)的接入應(yīng)答信息，則向源節(jié)點(diǎn)發(fā)送接入應(yīng)答確認(rèn)消息，從而建立通信連接.靜止節(jié)點(diǎn)收到移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的接入請(qǐng)求消息后，利用移動(dòng)節(jié)點(diǎn)頻閃前導(dǎo)之間的間隔向移動(dòng)節(jié)點(diǎn)發(fā)送移動(dòng)接入應(yīng)答消息，并等待接收移動(dòng)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的接入應(yīng)答確認(rèn)消息.為了防止多個(gè)靜止節(jié)點(diǎn)收到接入請(qǐng)求消息后同時(shí)發(fā)送接入應(yīng)答消息而發(fā)生碰撞，需要采用一種避免沖突的機(jī)制.簡(jiǎn)單起見，本文選擇每個(gè)靜止節(jié)點(diǎn)隨機(jī)產(chǎn)生一個(gè)數(shù)R(R∈［0，1］)，并與一個(gè)預(yù)先設(shè)定的固定值Rm比較.如果R≤Rm，則節(jié)點(diǎn)在當(dāng)前的間隙發(fā)送接入應(yīng)答消息;否則，等待下一個(gè)間隙重新進(jìn)行判斷.靜止節(jié)點(diǎn)在等待下一個(gè)間隙到來的過程中，如果在超時(shí)時(shí)間t0內(nèi)沒有再次收到移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的接入請(qǐng)求消息，則轉(zhuǎn)入睡眠狀態(tài)以防止過度偵聽而消耗能量.若靜止節(jié)點(diǎn)收到其他節(jié)點(diǎn)的接入應(yīng)答消息，則立刻退出競(jìng)爭(zhēng)并轉(zhuǎn)入睡眠狀態(tài).如果在一個(gè)間隙內(nèi)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)收到多個(gè)靜止節(jié)點(diǎn)的接入應(yīng)答消息，則丟棄這些消息，繼續(xù)發(fā)送請(qǐng)求接入消息，任意接入應(yīng)答之間的競(jìng)爭(zhēng)時(shí)間為tcom.在時(shí)間tdm，t0，tf中，一次接入請(qǐng)求的最長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間treq必須大于靜止節(jié)點(diǎn)的偵聽-睡眠周期td+ts，而且頻閃間隔tf必須小于靜止節(jié)點(diǎn)的偵聽時(shí)間td，以保證能夠喚醒靜止節(jié)點(diǎn).移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的偵聽持續(xù)時(shí)間tdm同樣必須大于td+ts，以確保信道是空閑的.靜止節(jié)點(diǎn)偵聽的超時(shí)時(shí)間t0必須大于移動(dòng)節(jié)點(diǎn)發(fā)送前導(dǎo)碼的頻閃間隔tf，以確保靜止節(jié)點(diǎn)不會(huì)過早轉(zhuǎn)入睡眠.

②移動(dòng)鏈路維護(hù).移動(dòng)節(jié)點(diǎn)通過移動(dòng)接入過程與靜止節(jié)點(diǎn)建立連接后，便可以進(jìn)行互相通信.移動(dòng)節(jié)點(diǎn)在移動(dòng)過程中不斷監(jiān)測(cè)與已連接的靜止節(jié)點(diǎn)之間的信號(hào)接收強(qiáng)度(RSSI)值，當(dāng)RSSI值下降到已設(shè)閥值時(shí)，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)向靜止節(jié)點(diǎn)發(fā)出連接斷開消息，斷開與靜止節(jié)點(diǎn)的連接.然后，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)再次發(fā)起移動(dòng)接入過程，與其他靜止節(jié)點(diǎn)建立連接.

2 定向擴(kuò)散路由設(shè)計(jì)

2.1 興趣擴(kuò)散設(shè)計(jì)

改進(jìn)后的基于興趣有效傳播路徑判定規(guī)則的路由算法依舊分為興趣擴(kuò)散、數(shù)據(jù)傳播和路徑加強(qiáng)3個(gè)階段(見圖4).本文主要針對(duì)應(yīng)急環(huán)境下的應(yīng)用要求，對(duì)DD協(xié)議中的興趣擴(kuò)散階段和興趣分組的封裝方式進(jìn)行了改進(jìn).數(shù)據(jù)傳播和路徑加強(qiáng)階段仍使用傳統(tǒng)DD協(xié)議的路由規(guī)則.

圖4 DD協(xié)議原理示意圖

興趣(Interest)通過Sink節(jié)點(diǎn)注入網(wǎng)絡(luò)，通過一組鍵-值對(duì)來表示，包含了任務(wù)類型(type)、數(shù)據(jù)上傳時(shí)間間隔(interval)、目標(biāo)區(qū)域(rect)、Sink節(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí)(sinkID)、Sink節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)(sinkLocation)、興趣產(chǎn)生的時(shí)間戳(timestamp)、興趣的有效期(expiresAt)、數(shù)據(jù)匹配條件(matchCond)等字段內(nèi)容.其中，任務(wù)類型是傳感器節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)的類型，如溫度、濕度、某類化學(xué)品的濃度、運(yùn)動(dòng)物體的速度等;數(shù)據(jù)匹配條件用于描述某種突發(fā)事件，如溫度高于100℃、速度大于20 m/s、空氣中二氧化硫的濃度大于0.56 mg/m3等.本文采用［type，rect，sinkID］3 個(gè)字段組合標(biāo)識(shí)一個(gè)唯一的興趣.如果2個(gè)興趣的這3個(gè)字段值都相同，則認(rèn)為這2個(gè)興趣是相同的.

興趣首先封裝在興趣分組(報(bào)文)中，興趣分組可在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間傳遞.興趣分組中除了包含興趣的上述字段外，還包括上一跳節(jié)點(diǎn)的標(biāo)識(shí)(preNodeID)和上一跳節(jié)點(diǎn)的位置(preNodeLocation)信息.興趣由Sink節(jié)點(diǎn)周期性地廣播到網(wǎng)絡(luò)中，初始的興趣分組中interval值較大(即數(shù)據(jù)上傳的頻率較小)，以便于嗅探網(wǎng)絡(luò)中是否有匹配該興趣的事件存在.周期性廣播用于維護(hù)在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋭?dòng)態(tài)變化的無線傳感網(wǎng)中Sink節(jié)點(diǎn)到源節(jié)點(diǎn)之間的路由.傳感網(wǎng)中，在每一個(gè)節(jié)點(diǎn)的內(nèi)部都存在一個(gè)興趣緩存表(interest cache)，該表的每個(gè)條目關(guān)聯(lián)到一個(gè)不同的興趣，其字段內(nèi)容除了包含興趣的字段外，還包括最后收到匹配該興趣的消息時(shí)間戳(lastRecvTimestamp)和與該興趣對(duì)應(yīng)的梯度(gradients)列表.梯度列表中包含多個(gè)梯度，每個(gè)梯度對(duì)應(yīng)一個(gè)給本節(jié)點(diǎn)發(fā)送該興趣分組的鄰居節(jié)點(diǎn).梯度字段包含鄰居節(jié)點(diǎn)的標(biāo)識(shí)(neighborID)、鄰居節(jié)點(diǎn)要求的數(shù)據(jù)上報(bào)速率(dataRate，即時(shí)間間隔，對(duì)應(yīng)于興趣中的interval字段)、該梯度有效期的起始時(shí)間(timestamp，對(duì)應(yīng)于興趣中的timestamp字段)和終止時(shí)間(expiresAt，對(duì)應(yīng)于興趣中的expiresAt字段)等.當(dāng)某個(gè)梯度的有效期終止時(shí)，從對(duì)應(yīng)梯度列表中移除，若某個(gè)興趣的梯度列表中的所有梯度均過期，則將該興趣條目從興趣緩存表中移除.

當(dāng)節(jié)點(diǎn)A收到其鄰居節(jié)點(diǎn)B廣播的一個(gè)興趣分組P時(shí)，可分以下幾種情形進(jìn)行處理:①若興趣緩存表TB不存在匹配的興趣，則根據(jù)興趣有效傳播路徑判定規(guī)則，判斷節(jié)點(diǎn)A是否在有效路徑上.若確認(rèn)其在有效路徑上，則在TB中新增一個(gè)興趣條目和對(duì)應(yīng)的梯度列表(此時(shí)僅包含一個(gè)梯度)，該興趣條目和梯度中各字段的值均取自興趣分組P，然后將興趣分組P中preNodeID和preNodeLocation字段的值更新為節(jié)點(diǎn)A的信息，并廣播更新后的興趣分組P;否則，丟棄興趣分組P.②若興趣緩存表TB中存在匹配的興趣，但對(duì)應(yīng)的梯度列表中不存在節(jié)點(diǎn)B對(duì)應(yīng)的梯度，則根據(jù)興趣有效傳播路徑判定規(guī)則，判斷節(jié)點(diǎn)A是否在有效路徑上.若確認(rèn)其在有效路徑上，則按需更新興趣緩存表TB中該興趣條目的lastRecvTimestamp，timestamp，expiresAt等字段，并在相應(yīng)梯度列表中新增一個(gè)梯度與節(jié)點(diǎn)B對(duì)應(yīng)，梯度各字段的值均取自興趣分組P，然后將興趣分組P中preNodeID和preNode-Location字段的值更新為節(jié)點(diǎn)A的信息，并廣播更新后的興趣分組P;否則，丟棄興趣分組P.③若興趣緩存表TB中存在匹配的興趣，且對(duì)應(yīng)的梯度列表存在節(jié)點(diǎn)B對(duì)應(yīng)的梯度，則判斷興趣分組P中的timestamp字段是否晚于該梯度中的timestamp字段.如果是，則認(rèn)為興趣分組P是一個(gè)更新的興趣分組，按需更新興趣條目的lastRecvTimestamp，timestamp，expiresAt等字段以及對(duì)應(yīng)梯度的dataR-ate，timestamp，expiresAt等字段，然后將興趣分組 P中preNodeID和preNodeLocation字段的值更新為節(jié)點(diǎn)A的信息，并廣播更新后的興趣分組P;否則，丟棄興趣分組P，以避免同一個(gè)消息在網(wǎng)絡(luò)中形成消息循環(huán).

2.2 興趣有效傳播路徑判定規(guī)則

節(jié)點(diǎn)A第1次收到其鄰居節(jié)點(diǎn)B廣播的一個(gè)興趣分組P時(shí)，根據(jù)興趣有效傳播路徑判定規(guī)則來判斷原來的興趣有效傳播路徑S→…→B(其中S表示Sink節(jié)點(diǎn))添加了節(jié)點(diǎn)A后(即S→…→B→A)是否仍然為有效傳播路徑.節(jié)點(diǎn)A首先獲取興趣分組P中Sink節(jié)點(diǎn)的位置信息(sinkLocation字段)、目標(biāo)矩形區(qū)域(rect字段，如圖5中的矩形CDEF)以及節(jié)點(diǎn)B的位置信息(preNodeLocation字段)，然后依據(jù)如下步驟進(jìn)行判斷:

①如果節(jié)點(diǎn)A位于rect字段內(nèi)(可通過節(jié)點(diǎn)A的坐標(biāo)和rect字段中對(duì)角頂點(diǎn)的坐標(biāo)來判斷)，則認(rèn)為節(jié)點(diǎn)A位于興趣有效傳播路徑上，本次判定結(jié)束;否則，轉(zhuǎn)入步驟②.

②利用節(jié)點(diǎn)A，B的位置信息以及rect字段中對(duì)角頂點(diǎn)的坐標(biāo)，分別計(jì)算節(jié)點(diǎn)A，B與矩形4個(gè)角(以圖5中的矩形CDEF為例)的最近距離和最遠(yuǎn)距離，即

分別比較dA-min與 dB-min，dA-max與 dB-max的大小關(guān)系.如果(dA-min＜dB-min)‖(dA-max＜dB-max)，則轉(zhuǎn)入步驟③;否則，認(rèn)為節(jié)點(diǎn)A不在興趣有效傳播路徑上，本次判定結(jié)束.

③計(jì)算Sink節(jié)點(diǎn)到rect字段所在矩形4個(gè)角的最大值dS-max以及Sink節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)A之間的距離dSA.如果dSA≤dS-max，則認(rèn)為節(jié)點(diǎn)A在興趣有效傳播路徑上;否則，本次判定結(jié)束.

基于興趣有效傳播路徑判定規(guī)則的興趣擴(kuò)散示意圖見圖5.

圖5 基于興趣有效傳播路徑判定規(guī)則的興趣擴(kuò)散示意圖

3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證及分析

仿真實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景為一塊大小為500 m×500 m的正方形區(qū)域，節(jié)點(diǎn)隨機(jī)地部署在正方形區(qū)域內(nèi).隨機(jī)選擇一個(gè)節(jié)點(diǎn)作為Sink節(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)封裝興趣報(bào)文并將興趣報(bào)文廣播到網(wǎng)絡(luò)中.所有節(jié)點(diǎn)的通信半徑均設(shè)為90 m.無線電傳播模型為規(guī)則的球形.圖6為實(shí)驗(yàn)中某次節(jié)點(diǎn)分布情況示意圖.圖中，虛線框內(nèi)區(qū)域表示興趣擴(kuò)散的目標(biāo)區(qū)域(源節(jié)點(diǎn)).

圖6 節(jié)點(diǎn)部署示意圖

首先，選取20個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行應(yīng)急環(huán)境下的接入有效性仿真，每一組實(shí)驗(yàn)5次，統(tǒng)計(jì)其平均值.移動(dòng)節(jié)點(diǎn)接入鄰近靜態(tài)節(jié)點(diǎn)組成的簇.圖7(a)顯示了6組實(shí)驗(yàn)的結(jié)果.由圖可知，簇首數(shù)目沒有改變，證明了節(jié)點(diǎn)接入策略的有效性.在接入移動(dòng)節(jié)點(diǎn)后，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)開始移動(dòng)，直至退出所在簇，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖7(b).由圖可知，實(shí)驗(yàn)中移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的離開并不影響簇?cái)?shù)，由此證明了接入策略的有效性.簇首數(shù)目的減小是由于該組中移動(dòng)節(jié)點(diǎn)和一個(gè)靜態(tài)節(jié)點(diǎn)成簇;隨著移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的退出，簇逐漸解散，靜態(tài)節(jié)點(diǎn)并入其他簇.由此可知，軟件仿真驗(yàn)證了移動(dòng)節(jié)點(diǎn)接入方法的有效性.

圖7 移動(dòng)節(jié)點(diǎn)接入和退出的有效性驗(yàn)證

其次，模擬實(shí)現(xiàn)了定向擴(kuò)散路由算法中的興趣擴(kuò)散階段.本實(shí)驗(yàn)在相同的仿真環(huán)境下，分別對(duì)傳統(tǒng)DD路由算法和基于興趣有效傳播路徑判定規(guī)則的定向擴(kuò)散(directed diffusion with decision rules，DDwDR)路由算法轉(zhuǎn)發(fā)的興趣報(bào)文數(shù)目進(jìn)行了統(tǒng)計(jì).為了驗(yàn)證網(wǎng)絡(luò)規(guī)模(節(jié)點(diǎn)數(shù)目)對(duì)這2種算法的影響，依次增加部署的節(jié)點(diǎn)總數(shù)并統(tǒng)計(jì)2種算法轉(zhuǎn)發(fā)的興趣報(bào)文數(shù)目.將統(tǒng)計(jì)結(jié)果以圖形方式展示并進(jìn)行對(duì)比.為了使數(shù)據(jù)更具說服力，所有統(tǒng)計(jì)結(jié)果均為相同條件下循環(huán)運(yùn)行100次算法(每一次循環(huán)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行重新部署)所得結(jié)果的平均值.

圖8 興趣擴(kuò)散直觀圖

在圖6所示的節(jié)點(diǎn)分布下，基于2種路由算法得到的興趣擴(kuò)散直觀圖見圖8.由圖可知，傳統(tǒng)的DD路由算法在全網(wǎng)范圍內(nèi)進(jìn)行興趣擴(kuò)散，轉(zhuǎn)發(fā)的興趣報(bào)文數(shù)量較多;而DDwDR路由算法只在局部范圍內(nèi)進(jìn)行興趣擴(kuò)散，轉(zhuǎn)發(fā)的興趣報(bào)文數(shù)量較少，且興趣能夠準(zhǔn)確地?cái)U(kuò)散至目標(biāo)區(qū)域中的所有節(jié)點(diǎn).

當(dāng)節(jié)點(diǎn)總數(shù)在［60，300］內(nèi)以20為遞增值逐漸增加時(shí)，2種算法轉(zhuǎn)發(fā)的興趣報(bào)文數(shù)目統(tǒng)計(jì)結(jié)果見圖9.由圖可知，在相同條件下，與傳統(tǒng)的DD路由算法相比，采用DDwDR路由算法可大幅減少網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)發(fā)的興趣報(bào)文數(shù)目.隨著節(jié)點(diǎn)總數(shù)的增多，基于前者轉(zhuǎn)發(fā)的興趣報(bào)文數(shù)目急劇增加，而后者轉(zhuǎn)發(fā)的興趣報(bào)文數(shù)目的漲幅相對(duì)較小且較為平穩(wěn).

圖9 轉(zhuǎn)發(fā)的興趣報(bào)文數(shù)與節(jié)點(diǎn)總數(shù)的關(guān)系

4 結(jié)語

在應(yīng)急環(huán)境下，系統(tǒng)內(nèi)的感知節(jié)點(diǎn)并非周期性地將采集到的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行上傳，而是在發(fā)生突發(fā)事件(如監(jiān)測(cè)值超出已設(shè)閾值)或收到查詢命令時(shí)才上傳數(shù)據(jù).本文研究了應(yīng)急環(huán)境下無線傳感網(wǎng)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的接入機(jī)制和基于查詢驅(qū)動(dòng)的定向擴(kuò)散路由算法，基于X-MAC協(xié)議設(shè)計(jì)了一種移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的接入機(jī)制，提出了一種改進(jìn)的DDwDR路由算法，利用節(jié)點(diǎn)的位置信息使興趣擴(kuò)散具有明確的方向性，從而解決了傳統(tǒng)DD算法中數(shù)據(jù)傳遞和能量消耗等問題.設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了相應(yīng)的仿真實(shí)驗(yàn)，以驗(yàn)證分析使用興趣有效傳播路徑判定規(guī)則對(duì)DD路由性能的影響.結(jié)果表明，使用該判定規(guī)則的改進(jìn)路由算法可大幅減少網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)發(fā)的興趣報(bào)文數(shù)和消息回路，節(jié)約網(wǎng)絡(luò)能量;相比傳統(tǒng)的定向擴(kuò)散路由，其性能有較大程度提升，更適于應(yīng)急環(huán)境中使用.

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