基于链路质量的无线传感器网络抗干扰路由协议

　　在发生了地震、水灾、火灾或遭受其它灾难后，固定的通信网络设施都可能无法正常工作。此时无线传感器网络能够在这些恶劣和特殊的环境下提供通信支持，快速采集灾害现场信息，并及时传递到处理基站，对抢险和救灾工作具有重要意义。在这样恶劣的环境下，无线传感器节点监测的数据沿着其他传感器节点进行传输[1]，经过多跳到达能量充足的处理基站的过程中，受到使用相同信道的其它节点的干扰，造成数据分组之间的碰撞，误码率增大，导致数据分组丢失、重传，端到端的延迟增大。MAC 层的CSMA/CA、CTS /RTS 和功率控制机制等只能解决一部分干扰和冲突问题[2]。为了保证信息及时准确的传输到目的节点，需要一种能够避开干扰区域的路由协议。

　　本文基于AODV 经典路由协议提出一种抗干扰的路由协议，通过物理层的信噪比SNR 改变AODV 的选路代价以及选路机制，利用能量充足的基站广播回复，实现综合考虑抗干扰性能和路由开销，同时支持单向路径和双向路径的路由协议。

　　1 现有抗干扰技术研究

　　网络协议栈中减轻或者消除干扰的技术主要分为两类: 一是从物理层的角度，通过多信道、定向天线、传输能量控制、MIMO ( Multiple Input MultipleOut put) 天线减轻相同频带的重叠。二是从上层协议栈的角度通过干扰感知的算法减轻干扰。

　　IEEE802. 11MAC 层采用了CSMA/CA 机制以及RTS /CTS 握手机制。CSMA/CA 通过随机退避机制实现了冲突避免，节点侦听信道的忙闲状态，当信道空闲时，等待一个帧间时隙( DIFS) ，侦听到信道继续空闲，再进行数据发送。RTS /CTS 机制采用握手的方式与接收节点达成对数据传输的认可，同时又可以通知发送节点和邻居节点即将开始的传输，邻居节点收到RTS /CTS 后，在以后的一段时间内抑制自己的传输，从而避免了对即将进行的数据传输造成碰撞。但是MAC 层的这些冲突避免的机制只能解决链路的干扰，不能解决自组织网络中多跳传输整条路径的干扰问题。

　　干扰感知算法分为STDMA( Space time divisionmultiple access) 调度、信道分配[3]、功率控制、路由选路、联合调度等。Yu 等人通过MAC 层利用TDMA 进行时隙分配来减少干扰[4]。KangL 等人提出通过节点周期性发送Ack，NAcK 的方式来检测干扰，当节点在一定的时间间隔内没有收到ACK 确认帧，就发送NACK，#SuccessiveNACK 的值增加1，当#SuccessiveNACK 的值超过一定阈值时就认为受到了干扰[5]。但这需要网络中各节点周期性的发送检测包，这对能量严格受限的传感器节点来说是太大的能量开销，在实际场景中并不适用。还有一些干扰感知的算法[6-9]，其中Bo Han 针对干扰环境下的动态簇WSN，基于AODV 综合考虑了能量消耗、节点电池剩余能量等因素，提出了一种能量有效、功率感知的( energy-efficient and power-aware，EEPA)路由算法，但该路由算法把每一跳的路由代价成本加在数据包中进行传送，由目标节点负责把各路径的总代价回复( reply) 给源节点，由源节点从各路径中选择代价总和最小的路由，并对目标节点发送一个证实( confirm) 消息，从而建立路由协议自身开销较大。