精確打擊效能評估系統中路由協議的研究

摘 要：本文在對泛洪協議研究的基礎上，設計了一種能夠在復雜網絡環境中應用的路由協議——雙重路徑可靠路由協議，該協議針對泛洪協議對路由路徑選擇的盲目性，預先設置好路由路徑，在確保路由算法健壯性的前提下，減少節點的能量消耗，提高數據傳輸的可靠性和實時性。

關鍵詞：精確打擊；效能評估；無線傳感器網絡；路由協議

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

0 引言

無線傳感器網絡由多個具有感知功能、通信功能和計算功能的傳感器節點組成， 一般應用于軍事領域或民用領域[1]。無線傳感器網絡是近些年興起的新技術，其中的路由協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一般應用于導彈、炮彈頻發的戰爭環境，該系統依賴于無線傳感網絡，對網絡的健壯性和數據傳輸的實時性要求很高。針對這種特殊的需求，設計一種具有較強健壯性的無線傳感器網絡路由協議就成為精確打擊效能評估系統要解決的主要問題之一。

1 精確打擊效能評估系統

精確打擊效能評估系統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，根據整體的命中情況進行實時精準的定位評估，其目的是為了給下一次的射擊演練提供誤差的修正參數。

精確打擊效能評估系統依賴于無線傳感網絡，其檢測手段使用的是聲學定位法，爆炸聲波在無線傳感網絡中通過網關節點，把獲取的數據和信息傳輸至指揮控制中心，除去周圍環境，如噪音、溫度、風速等因素對爆炸聲波的影響，計算機通過數學模型，計算出準確的彈著點的位置和命中率，為整個訓練過程進行科學、有效、準確地評估[2]。

2 泛洪路由協議

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點都是用廣播向它的所有鄰居節點轉發收到的數據分組，如此反復操作，直到數據傳送到目的節點或者達到數據報的最大跳數[3-4]。如圖1所示。洪泛算法的缺點是盲目的選擇路徑，這樣大規模的擴散會占用過多的網絡資源，產生許多重復的分組，浪費了路由器的資源，降低效率。所以，在實際的網絡應用中，泛洪算法都是需要進行限制的，一個數據包被復制了N次以后，將被丟棄[5-6]。

3 雙重路徑可靠路由協議設計

通過對泛洪協議的研究，對該協議的不足之處進行了改進，通過自身的ID和節點的級別值來限制數據報文在網絡中的廣播范圍，在保證算法健壯性的基礎上，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，這種協議稱為雙重路徑可靠路由協議（Double Parents and Reliable Protocol，簡稱DPRP），雙重路徑可靠路由協議由以下三個部分組成：

（1） 請求組建路由。Sink節點向網絡中的所有節點以泛洪的方式發出路由組建請求，確定每個節點的級別值和父節點。各個節點根據級別值來確定自己的第一父節點和第二父節點，并且給第一父節點發送一個確認，轉發路由組建請求。（2）數據傳輸。通過組建完成的路由路徑，Source節點將數據傳送給Sink節點。（3）糾錯重傳。如果某個節點在數據傳輸過程中出現了錯誤，可以根據錯誤性質，讓其子節點進行重新傳輸，或者選擇第二父節點，改變向上傳輸的路徑。

3.1 算法分析

雙重路徑可靠路由協議的算法易于實現，節點在進行報文轉發時，其候選節點只有第一父節點和第二父節點，所以縮小了數據報文在網絡中的廣播范圍，從而降低了網絡的能量消耗。數據包以最快的速度朝著最接近Sink節點的方向轉發，從而保證了Sink節點最終可以收到數據報文，提高了數據傳輸的可靠性和實時性。

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果與定向擴散協議和泛洪協議進行了比較。如圖2所示。

通過對以上仿真結果分析可以看出，在節點初始能量，網絡規模相同的條件下，得出如下結論：（1）采取DPRP協議時在同等網絡條件下基本可以達到泛洪協議的可靠性。（2） 定向擴散協議的能耗比DPRP協議高，其響應速度比DPRP協議慢。

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

4 結語

本文以對無線傳感器網絡中泛洪路由協議的研究為出發點，根據泛洪路由協議的不足，進行了路由協議的改進，研究了一種新泛洪路由協議DPRP，通過仿真結果證明，該協議在保證了路由的健壯性的同時，在能量消耗、報文轉發延時等方面都比泛洪協議有了很大的改進。該協議是一種在精確打擊效能評估系統中可行的路由協議。

參考文獻：

[1]屈巍，趙晶，洪洋.一種基于蟻群優化的動態節能路由選擇策略[J].沈陽師范大學學報（自然科學版），2016，34（02）：234-239.

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[3]黃志丹.無線傳感網絡中雙路徑可靠路由協議的研究[J].遼寧工程技術大學學報，2011，30（02）：304-307.

[4]朱偉凱，李航，尹稚淳.基于ASP.NET技術的無線傳感器網絡監控系統的設計[J].沈陽師范大學學報（自然科學版），2014，32（02） ：262-266

[5]袁書同，趙志剛.無線傳感器網絡安全組網技術研究[J].沈陽師范大學學報（自然科學版），2014，32（01）：92-97.

[6]馬子彥，王五一，張勇敏.基于無線網絡的城市消防報警系統的設計[J].計算機應用研究，2005（04）：109-111.

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