顧俊卿，施偉斌，余俊男，榮佳樂(lè)

（上海理工大學(xué) 光電信息與計(jì)算機(jī)工程學(xué)院，上海 200093）

0 引言

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Networks，WSN）末梢擁有數(shù)以萬(wàn)計(jì)可以感知和檢查外部世界的傳感器，可通過(guò)無(wú)線通信的方式形成自組織網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于智能電網(wǎng)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、醫(yī)療護(hù)理等領(lǐng)域［1-4］。近年來(lái)，傳統(tǒng)WSN技術(shù)與云計(jì)算技術(shù)的結(jié)合［5］使其應(yīng)用場(chǎng)景更加豐富。為應(yīng)對(duì)現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景中多變的需求，通過(guò)多跳自組織網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程將新版本代碼從源節(jié)點(diǎn)分發(fā)到其他節(jié)點(diǎn)成為WSN 領(lǐng)域的一個(gè)重要課題。由于大規(guī)模部署的節(jié)點(diǎn)依靠干電池供電，為提高能量效率和延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)壽命，需研究如何以最小的能量及時(shí)間消耗實(shí)現(xiàn)可靠的代碼分發(fā)。

1 相關(guān)研究

數(shù)字噴泉碼是一種前向糾錯(cuò)碼，因其具有輕量化的編解碼算法，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于WSN 中的批量數(shù)據(jù)傳輸［6］。例如，文獻(xiàn)［7］提出的SYNAPSE++是一種基于噴泉碼的代碼分發(fā)協(xié)議，采用混合自動(dòng)重傳請(qǐng)求機(jī)制；文獻(xiàn)［8］在噴泉碼的基礎(chǔ)上提出一種加權(quán)在線噴泉碼，結(jié)合緩存占有率和已發(fā)送的編碼符號(hào)來(lái)估計(jì)恢復(fù)率，以此調(diào)整后續(xù)編碼符號(hào)的度；文獻(xiàn)［9］提出一種基于在線噴泉碼的無(wú)線廣播方案，通過(guò)接收節(jié)點(diǎn)的反饋信息更新編碼符號(hào)度；文獻(xiàn)［10-11］分別通過(guò)生成最小化差異補(bǔ)丁和使用網(wǎng)絡(luò)編碼的方式減少重編程過(guò)程中耗費(fèi)的能量；文獻(xiàn)［12-13］分別提出基于自適應(yīng)廣播半徑和鏈路質(zhì)量的自適應(yīng)代碼分發(fā)機(jī)制；文獻(xiàn)［14］設(shè)計(jì)了一種提前喚醒路由協(xié)議，路由路徑中的節(jié)點(diǎn)可以在節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)包之前被喚醒。

WSN 所處的環(huán)境中通常存在與其共享2.4 GHz 頻段的其他無(wú)線設(shè)備，這種共存會(huì)導(dǎo)致WSN 中的數(shù)據(jù)傳輸受到干擾，因此當(dāng)信道飽和導(dǎo)致系統(tǒng)性能下降時(shí)，通常采用跳頻或擴(kuò)頻抗干擾技術(shù)改善。例如，文獻(xiàn)［15］提出一種基于接收信號(hào)強(qiáng)度的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)跳頻通信機(jī)制；文獻(xiàn)［16］將傳感器節(jié)點(diǎn)與認(rèn)知無(wú)線電節(jié)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，利用許可信道將傳感器數(shù)據(jù)路由到匯點(diǎn)，提高了網(wǎng)絡(luò)吞吐量；文獻(xiàn)［17］提出的HM-MAC 協(xié)議在鄰居節(jié)點(diǎn)間根據(jù)信號(hào)與干擾加噪聲比建立空閑信道表，并篩選出最優(yōu)數(shù)據(jù)信道集合以供選擇；文獻(xiàn)［18］將通信信道分為普通信道和數(shù)據(jù)信道，節(jié)點(diǎn)通過(guò)在普通信道偵聽(tīng)鄰居節(jié)點(diǎn)所發(fā)送的清除消息中包含的信道信息確定空閑的數(shù)據(jù)信道編號(hào)。然而，上述方法應(yīng)用于代碼分發(fā)會(huì)產(chǎn)生大量與鄰居節(jié)點(diǎn)的通信開(kāi)銷，且會(huì)增加原有代碼分發(fā)協(xié)議的復(fù)雜度。

為提高抗信道干擾能力，本文提出一種基于噴泉碼的代碼分發(fā)協(xié)議自適應(yīng)機(jī)制。在文獻(xiàn)［19］方法的基礎(chǔ)上對(duì)動(dòng)態(tài)冗余機(jī)制進(jìn)行改進(jìn)，并添加多信道機(jī)制。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在存在干擾的環(huán)境中，通過(guò)增加自適應(yīng)機(jī)制可使通信量以及分發(fā)時(shí)間明顯減少。

2 冗余長(zhǎng)度自適應(yīng)調(diào)整

SYNAPSE++中的噴泉碼編碼包冗余長(zhǎng)度為固定值，只有在特定信道條件下（對(duì)應(yīng)丟包率為q）才具有最小通信量。當(dāng)信道質(zhì)量下降，丟包率明顯高于q時(shí)，接收節(jié)點(diǎn)解碼成功率顯著降低，需要通過(guò)大量增量傳輸（重新發(fā)送數(shù)據(jù)分塊）實(shí)現(xiàn)成功解碼，導(dǎo)致通信量上升、節(jié)點(diǎn)能耗增加。因此，以下將分析動(dòng)態(tài)冗余長(zhǎng)度條件下的數(shù)據(jù)通信量，并給出根據(jù)丟包率選取最佳冗余長(zhǎng)度的方法。

2.1 動(dòng)態(tài)冗余長(zhǎng)度條件下的數(shù)據(jù)通信量分析

為適應(yīng)動(dòng)態(tài)變化的信道條件，每輪分發(fā)前接收節(jié)點(diǎn)計(jì)算上一輪分發(fā)的丟包率，據(jù)此選取最佳編碼包冗余長(zhǎng)度δo以獲得最小通信量，并將δo反饋給sink 節(jié)點(diǎn)，sink 節(jié)點(diǎn)選取δo中的最大值作為下一輪分發(fā)的冗余長(zhǎng)度，以此增加鏈路質(zhì)量較差節(jié)點(diǎn)的解碼成功率。不同丟包率q對(duì)應(yīng)的最佳冗余長(zhǎng)度將通過(guò)以下公式推導(dǎo)以及仿真得到。

2.1.1 首輪分發(fā)傳輸數(shù)據(jù)量的期望值

設(shè)一輪分發(fā)中數(shù)據(jù)分塊的源數(shù)據(jù)包數(shù)量為K個(gè)，δ為可變的冗余長(zhǎng)度，F(xiàn)（1）為首輪解碼成功的概率均值估計(jì)。P｛X=i｝=C（K+R，i）（1-q）iqK+R-i為接收到i個(gè)編碼包的概率，q為丟包率，Ψ（i）為首輪接收到i個(gè)編碼包后解碼成功的概率，此處的Ψ（i）以及以下部分的Ψ 函數(shù)均按照SYNAPSE++協(xié)議的編解碼算法［7］通過(guò)仿真得到近似值。

E（C1）為傳輸數(shù)據(jù)量的期望值，其中NB為分塊數(shù)量，編碼包中的數(shù)據(jù)量為X字節(jié)。

2.1.2 增量傳輸后傳輸數(shù)據(jù)量的期望值

當(dāng)首輪分發(fā)解碼失敗后，需要增量傳輸使得節(jié)點(diǎn)接收到足夠數(shù)量的編碼包后才能解碼成功。兩輪內(nèi)成功解碼的概率均值為：

增量傳輸后，接收的數(shù)據(jù)量超出數(shù)據(jù)緩存大小B，超出的數(shù)據(jù)會(huì)覆蓋緩存內(nèi)的數(shù)據(jù)，意味著冗余長(zhǎng)度的錯(cuò)誤估計(jì)會(huì)導(dǎo)致非必要的通信開(kāi)銷。為此，本文采用按需分發(fā)策略，發(fā)送節(jié)點(diǎn)根據(jù)丟包率和緩存空間容量確定每次分發(fā)的數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度。Θ（x）為丟包率q條件下增量編碼包長(zhǎng)度的估計(jì)。表示為：

式（5）、式（6）分別為增量傳輸?shù)木幋a包數(shù)量期望值以及兩輪傳輸數(shù)據(jù)量的期望值。表示為：

當(dāng)產(chǎn)生第二輪增量傳輸后，3 輪傳輸內(nèi)解碼成功的概率均值估計(jì)為：

式（8）、式（9）分別為第二輪增量傳輸?shù)木幋a包數(shù)量期望值以及3輪傳輸數(shù)據(jù)量的期望值。表示為：

當(dāng)存在n個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)，經(jīng)過(guò)r輪分發(fā)能夠成功解碼的概率為F（r）n，則在第r輪成功解碼的概率為F（r）n-F（r-1）n，r≥1。令F（0）=0，在整個(gè)分發(fā)過(guò)程中，傳輸數(shù)據(jù)量C的期望值近似為：

2.2 最佳冗余長(zhǎng)度選取

為得到不同冗余長(zhǎng)度通信量隨丟包率變化的規(guī)律，并確定特定信道條件下使數(shù)據(jù)通信量最小的最佳冗余長(zhǎng)度，本文利用上述公式進(jìn)行了仿真，結(jié)果見(jiàn)圖1?？梢钥闯?，不同冗余長(zhǎng)度δ在不同信道條件下的性能有所差異，當(dāng)丟包率由0 開(kāi)始逐漸增大時(shí)，較小的δ對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)通信量快速增加，而較大的δ對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)通信量隨丟包率變化得比較緩慢。當(dāng)丟包率增大到一定程度時(shí)，較小的δ對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)通信量隨著丟包率的增加逐漸趨于近似線性變化，而較大的δ對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)通信量隨丟包率變化的斜率逐漸增大。

Fig.1 Simulation result圖1 仿真結(jié)果

圖2 為丟包率p∈（0，0.3］時(shí)的最佳冗余長(zhǎng)度δo，當(dāng)p∈（0.2，0.3］，δo不再上升，維持在18 后又快速下降至2。這是由于受到緩存空間大小的限制，無(wú)法再提供更大的冗余長(zhǎng)度，若不考慮緩存空間，則δo應(yīng)有持續(xù)上升的趨勢(shì)。

Fig.2 The optimal redundancy length圖2 最佳冗余長(zhǎng)度

2.3 動(dòng)態(tài)冗余長(zhǎng)度機(jī)制實(shí)現(xiàn)

現(xiàn)有代碼分發(fā)協(xié)議SYNAPSE++采用ADV、REQ、DATA 3 種消息類型，一輪分發(fā)的時(shí)間被分為3 個(gè)固定時(shí)隙分別收發(fā)這3 種消息。發(fā)送節(jié)點(diǎn)通過(guò)廣播ADV 消息告知鄰居節(jié)點(diǎn)當(dāng)前已有的數(shù)據(jù)分塊信息，鄰居節(jié)點(diǎn)接收到ADV消息后向其申請(qǐng)某一數(shù)據(jù)分塊，發(fā)送節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)分塊編碼后發(fā)出。為能根據(jù)當(dāng)前信道質(zhì)量自適應(yīng)調(diào)整冗余長(zhǎng)度，接收節(jié)點(diǎn)將根據(jù)上一輪傳輸計(jì)算實(shí)時(shí)丟包率，據(jù)此選取最佳冗余長(zhǎng)度δo，并添加于REQ 消息中反饋給發(fā)送節(jié)點(diǎn)。發(fā)送節(jié)點(diǎn)統(tǒng)計(jì)所有鄰居節(jié)點(diǎn)REQ 消息中的δo，取其中的最大值以提高鏈路質(zhì)量較差節(jié)點(diǎn)的解碼成功率，進(jìn)而減少增量傳輸，提高分發(fā)效率。

3 多信道機(jī)制

當(dāng)WSN 遭受嚴(yán)重信道干擾，例如丟包率大于15%時(shí)，采用冗余長(zhǎng)度的自適應(yīng)調(diào)整機(jī)制仍然會(huì)產(chǎn)生大量冗余編碼包的傳輸，并且分發(fā)時(shí)間也會(huì)顯著增加，因此在抗干擾能力上具有一定的局限性。為此，本文進(jìn)一步提出代碼分發(fā)的多信道機(jī)制，將通信信道分為控制信道和數(shù)據(jù)信道，當(dāng)受到嚴(yán)重干擾時(shí)，通過(guò)更換數(shù)據(jù)信道避免持續(xù)的增量傳輸。

3.1 外部干擾與WSN信道配置

由于WSN 與其他無(wú)線設(shè)備共同工作于2.4 GHz 頻段，該頻段下存在ZigBee、WIFI、Bluetooth 等多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，因此WSN 易受到采用這些標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線設(shè)備的干擾，其中最為典型的干擾來(lái)自WLAN 設(shè)備［20］。本節(jié)主要討論WSN 如何有效避免來(lái)自WLAN 的干擾。

圖3為WSN信道與WLAN信道示意圖。WSN信道的帶寬為2 MHz，中心頻率間隔為5 MHz；參照IEEE802.11n［21］標(biāo)準(zhǔn)，WLAN 信道常用帶寬為20 MHz。在2.4～2.483 5 GHz 頻率范圍內(nèi)，WSN 的11-25 信道與WLAN 的1-13 信道重疊，WLAN 的14 信道在中國(guó)并未授權(quán)使用，且WLAN 的13 信道中心頻率為2 472 MHz，對(duì)中心頻率為2 480 MHz 的26信道干擾較小［22］，因此WSN 的26信道具有較高的可靠性。

Fig.3 WSN channels and WLAN channels圖3 WSN信道與WLAN信道示意圖

分發(fā)協(xié)議的多信道機(jī)制采用固定控制信道結(jié)合可切換數(shù)據(jù)信道的方式，將26 信道作為控制信道，用于傳輸ADV、REQ 信息；11-25 信道作為可用的數(shù)據(jù)收發(fā)信道，數(shù)據(jù)收發(fā)階段結(jié)束后從數(shù)據(jù)信道切換回控制信道。假設(shè)當(dāng)前WSN 的數(shù)據(jù)信道為n，受到工作于同一頻段的WLAN 設(shè)備Xs 的干擾，導(dǎo)致傳輸效率顯著下降時(shí)，則切換至n+4，跳出Xs 當(dāng)前信道的頻率覆蓋范圍。為提高信道利用率并降低多信道協(xié)議的復(fù)雜度，數(shù)據(jù)信道將以WLAN 信道的帶寬為間隔在11-25 信道循環(huán)切換。例如，當(dāng)數(shù)據(jù)信道為11 信道，數(shù)據(jù)的收發(fā)受到工作于信道1 的WLAN 設(shè)備干擾時(shí)，則數(shù)據(jù)信道切換至15 信道避免干擾；若依舊存在較強(qiáng)干擾，則繼續(xù)更換數(shù)據(jù)信道。以上針對(duì)WLAN 信道所設(shè)計(jì)的多信道機(jī)制可使WSN 有效避開(kāi)WLAN 干擾。

3.2 更換數(shù)據(jù)信道的條件

確定更換信道的條件需綜合考慮通信量、分發(fā)時(shí)間和系統(tǒng)存儲(chǔ)空間的限制。隨著丟包率的上升，通信量和分發(fā)時(shí)間相應(yīng)增加。圖4 為分發(fā)時(shí)間隨丟包率變化的情況，可以看出當(dāng)丟包率大于10%時(shí)，分發(fā)時(shí)間隨丟包率上升的斜率明顯增大。系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的空間限制了冗余包數(shù)量的最大值，因此本文將更換數(shù)據(jù)信道的條件設(shè)置為丟包率p≥0.14，對(duì)應(yīng)于通信量增加超過(guò)50%（相對(duì)于p=0 時(shí)），即當(dāng)連續(xù)兩輪傳輸?shù)膩G包率皆超過(guò)閾值（14%）且后一輪的丟包率高于前一輪時(shí)，則切換數(shù)據(jù)信道。例如，設(shè)某一接收節(jié)點(diǎn)第n輪分發(fā)的丟包率為PLRn（n≥1），n+1 輪分發(fā)的丟包率為PLRn+1，當(dāng)PLRn+1>PLRn>14%時(shí)，接收節(jié)點(diǎn)將REQ 消息負(fù)載中的信道切換標(biāo)志位，sink 節(jié)點(diǎn)接收到REQ 消息后將廣播新的數(shù)據(jù)信道編號(hào)，并切換至該信道進(jìn)行第n+2 輪的分發(fā)。

Fig.4 Mean of dissemination time corresponding to packet lost rate圖4 分發(fā)時(shí)間均值隨丟包率變化的情況

3.3 多信道分發(fā)協(xié)議

基于上述原理，本文設(shè)計(jì)了一種多信道代碼分發(fā)協(xié)議（Dynamic Redundancy and Multi-channel，DRD&MCN），并在TinyOS 中實(shí)現(xiàn)了該協(xié)議。為實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)在控制信道與數(shù)據(jù)信道間的切換，增加消息類型SW，該消息負(fù)載的內(nèi)容為需切換的信道編號(hào)。多信道的代碼分發(fā)過(guò)程如圖5所示。

Fig.5 Multi-channel code distribution process圖5 多信道代碼分發(fā)過(guò)程

接收節(jié)點(diǎn)完成編碼包的接收后，計(jì)算上一輪圖5 分發(fā)的丟包率并完成信道決策，置位或復(fù)位REQ 消息的信道切換標(biāo)志位，sink 節(jié)點(diǎn)統(tǒng)計(jì)收到的REQ 消息后，廣播SW 消息使接收節(jié)點(diǎn)切換至指定數(shù)據(jù)信道接收DATA 包。為保證接收節(jié)點(diǎn)能及時(shí)切換回控制信道接收ADV 消息，獲取其中的時(shí)間戳，完成與sink 節(jié)點(diǎn)的時(shí)間同步。傳輸完成后，sink 節(jié)點(diǎn)再次廣播SW 消息切換回控制信道，若未收到SW消息，則會(huì)在數(shù)據(jù)傳輸階段結(jié)束后切換回控制信道。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

4.1 動(dòng)態(tài)冗余機(jī)制在實(shí)際環(huán)境中的性能

實(shí)驗(yàn)采用以CC2430 為核心的硬件平臺(tái)運(yùn)行SYNAPSE++以及改進(jìn)后的代碼分發(fā)協(xié)議，CC2531 作為偵聽(tīng)節(jié)點(diǎn)偵聽(tīng)WSN 信道中的消息包。實(shí)驗(yàn)環(huán)境為上海理工大學(xué)光電大樓9 樓的辦公區(qū)域，平面示意見(jiàn)圖6。分別將sink節(jié)點(diǎn)、偵聽(tīng)節(jié)點(diǎn)以及5 個(gè)接收節(jié)點(diǎn)布置于該環(huán)境中，由一臺(tái)路由器以及兩臺(tái)PC 機(jī)組成WLAN。

Fig.6 Sketch map of experimental environment圖6 實(shí)驗(yàn)環(huán)境平面示意圖

為驗(yàn)證“2.3”節(jié)仿真的可靠性，在實(shí)驗(yàn)室隨機(jī)的信道環(huán)境中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，分別選取不同冗余長(zhǎng)度進(jìn)行3 次實(shí)驗(yàn)，實(shí)測(cè)值與仿真值比較見(jiàn)圖7，其中曲線圖與柱狀圖分別為不同分塊冗余長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)的平均傳輸數(shù)據(jù)量和丟包率?？梢钥闯?，實(shí)測(cè)數(shù)值與仿真值較為接近，驗(yàn)證了理論分析的正確性。

Fig.7 Comparison of experiment and simulation results圖7 實(shí)測(cè)值與仿真值比較

設(shè)置代碼分發(fā)協(xié)議工作在與WLAN 信道頻段重疊的WSN 信道上進(jìn)行，通過(guò)iperf［23］控 制WLAN 中UDP（User Datagram Protocol）流的帶寬以對(duì)WSN 產(chǎn)生不同程度干擾。在相同實(shí)驗(yàn)條件下分別測(cè)試SYNAPSE++協(xié)議以及添加自適應(yīng)動(dòng)態(tài)冗余長(zhǎng)度機(jī)制的代碼分發(fā)協(xié)議（Dynamic Redundancy，DRD），從總通信量大小以及分發(fā)時(shí)間兩個(gè)方面考察兩者在不同強(qiáng)度信道干擾下的性能，將分發(fā)過(guò)程的平均丟包率作為信道干擾強(qiáng)度的度量值。圖8、圖9 分別為總通信量和分發(fā)時(shí)間的比較結(jié)果。可以看出，隨著丟包率的上升，動(dòng)態(tài)冗余機(jī)制使通信量與分發(fā)時(shí)間顯著減少，當(dāng)丟包率p∈（0.10，0.15］時(shí)，通信量與分發(fā)時(shí)間分別平均減少了20.45%和37.39%。DRD 協(xié)議根據(jù)實(shí)時(shí)計(jì)算的丟包率以及剩余緩存容量選擇最佳編碼包冗余長(zhǎng)度，因此即使存在信道干擾也能以相對(duì)較少的冗余開(kāi)銷提升接收節(jié)點(diǎn)的解碼成功率，避免過(guò)多的增量傳輸，提升了分發(fā)效率。

Fig.8 Comparison of traffic圖8 總通信量比較

Fig.9 Comparison of dissemation time圖9 分發(fā)時(shí)間比較

當(dāng)信道環(huán)境惡劣時(shí)，DRD 協(xié)議會(huì)通過(guò)使接收節(jié)點(diǎn)向發(fā)送節(jié)點(diǎn)申請(qǐng)更多冗余編碼包的方式抵抗信道干擾，但這同樣會(huì)導(dǎo)致通信量大幅上升，分發(fā)效率降低。如圖9 和圖10所示，當(dāng)丟包率p∈（0.15，0.20］時(shí)，DRD 協(xié)議相比SYNAPSE++減少了14.78%的通信量，分發(fā)時(shí)間減少了6.39%，但相比丟包率p∈（0，0.03］的情況，通信量增加了84.09%，分發(fā)時(shí)間增加了189.88%?？梢?jiàn)在丟包率過(guò)高時(shí)，動(dòng)態(tài)冗余機(jī)制性能有所下降。

Fig.10 Comparison of code dissemination traffic圖10 總通信量比較

4.2 多信道機(jī)制在實(shí)際環(huán)境中的性能

為考察結(jié)合動(dòng)態(tài)冗余與多信道機(jī)制的代碼分發(fā)協(xié)議DRD&MCN 的性能，在圖6 實(shí)驗(yàn)環(huán)境中進(jìn)行測(cè)試。使用4臺(tái)PC 與兩臺(tái)路由器組成兩個(gè)WLAN，以此對(duì)WSN 的11-22 信道形成干擾。如圖10 和圖11 所示，當(dāng)丟包率p∈（0，0.10］時(shí)，DRD&MCN 與DRD 的總通信量相差不超過(guò)6.98%，分發(fā)時(shí)間相差不超過(guò)16.09%。由于分發(fā)過(guò)程平均丟包率未超過(guò)設(shè)定閾值，引起信道切換的次數(shù)較少，動(dòng)態(tài)冗余機(jī)制在抵抗信道干擾中起主要作用，兩者總通信量與分發(fā)時(shí)間差距較小。當(dāng)丟包率p∈（0.10，0.25］時(shí)，此時(shí)超過(guò)了預(yù)設(shè)閾值，因此數(shù)據(jù)信道通過(guò)3 次更換從11 信道切換至空閑的23 信道，DRD&MCN 相較DRD 和SYNAPSE++總通信量平均分別減少了42.58%和53.08%，分發(fā)時(shí)間平均分別減少了59.89%和64.05%。由于23 信道未受到干擾，因此切換至該信道后，總通信量和分發(fā)時(shí)間較為穩(wěn)定，且顯著少于另外兩種協(xié)議，說(shuō)明多信道機(jī)制可有效避免在受干擾嚴(yán)重的信道中持續(xù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分發(fā)的情況。

Fig.11 Comparison of dissemation time圖11 分發(fā)時(shí)間比較

5 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)代碼分發(fā)協(xié)議的自適應(yīng)機(jī)制進(jìn)行研究，提出一種動(dòng)態(tài)冗余長(zhǎng)度與多信道機(jī)制相結(jié)合的方法，根據(jù)受干擾程度分別采用動(dòng)態(tài)冗余機(jī)制和多信道機(jī)制減小干擾影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在存在干擾的條件下，與現(xiàn)有分發(fā)協(xié)議相比，本文方法可使通信量與分發(fā)時(shí)間顯著減少，有效提高了分發(fā)效率，有利于延長(zhǎng)WSN 的生存時(shí)間。

動(dòng)態(tài)冗余機(jī)制的原理是通過(guò)計(jì)算上一輪傳輸?shù)膩G包率選取最佳編碼包冗余長(zhǎng)度，雖然當(dāng)前節(jié)點(diǎn)成功解碼該輪傳輸?shù)木幋a包，但是之后發(fā)送節(jié)點(diǎn)還為其他節(jié)點(diǎn)提供了數(shù)輪增量傳輸，即當(dāng)前節(jié)點(diǎn)計(jì)算的丟包率反映的并不是當(dāng)前時(shí)刻的信道狀況，這會(huì)導(dǎo)致選擇的冗余長(zhǎng)度并不匹配當(dāng)前鏈路質(zhì)量，進(jìn)而造成不必要的增量傳輸。后續(xù)可考慮建立不同丟包率下的通信參數(shù)數(shù)據(jù)集，通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)算法建立模型估計(jì)鏈路質(zhì)量。該方法不需要探測(cè)包，具有更高的實(shí)時(shí)性。