基于可靠最小跳数场的路由协议研究

　　1. 引言

　　无线传感器网络由大量随机布置在监测区域的传感器节点自组织构成，能 够对环境实施实时监测，并以多跳的方式向用户返回监测消息[1]。由于无线传感器节点价格低廉，网络能够快速展开，具有抗毁性强的特点，因而在军事侦察， 环境监测，农业生产，建筑，工业生产控制上有着广泛的应用前景。

　　路由协议是无线传感器网络中的一个重要的研究领域。文献[2]对无线传感器 网络中的路由协议有比较详细的概述。由于传感器节点存储空间小、通信半径短、计算能力和能量有限的特点[3]，因而在现有的节点硬件基础上实现简单且低能 耗的路由协议是无线传感器网络研究的研究重点。文献[4]从减少网络内的消息数量出发，提出了基于最小跳的路由协议。监测区域中，处于不同区域的传感器节 点在节点通信半径不变的情况下，以最优的方式(经历的节点数最少)，向汇聚节点发送数据。节点只需记录一定数量大小的节点转发集和自身的跳数，就可实现路 由，协议实现简单，能够减少信息传输时延和减少网内信息数量，实现了网络的低能量消耗。

　　然而，基于最小跳的路由协议存在一个明显的不足，即 没有考虑到环境及节点自身因素的影响。在建立最小跳数场的过程中，两个相邻节点(跳数不同但在彼此的通信半径之内)，都建立起父子关系。而在实际情况下， 由于环境影响及节点通信的不对等性，链路上的丢包率很大，节点间的链路通信质量很低。本文从提高网络的包发送成功率出发，提出了一种基于可靠最小跳数场的 路由协议，采用通信链路质量进行评估的方式，在网内建立可靠最小跳数场。为验证算法的可靠性，作者在TinyOS操作系统下，进行了一系列试验，证明了算 法的正确性。

　　2.TinyOS操作系统简介

　　TinyOS操作系统是加州大学Berkeley分校专门为无线传感器网络开发的一种 微型操作系统。它是一个适用于网络化嵌入式系统的编程框架，通过在这个框架内链接一组必要的组件，就能方便地编译出面向特定应用的操作系统，这对于存储资 源极为有限的系统来说是非常重要的。针对无线传感器网络节点众多，以及多并发操作的工作方式，该操作系统采用了事件驱动的体系结构。无线传感器网络既具有 多样化的上层应用，又强调了系统的节能性要求，为此，系统采用既便于上层应用的开发，也有利于程序快速执行的模块化设计方案。TinyOS操作系统具有以 下特点：事件驱动的体系结构;单一的共享栈;无内核，无进程管理，无内存管理和无虚拟内存。

　　TinyOS操作系统由众多组件构成，如主组件 (main)、应用组件(application)、执行组件(actuating)、传感组件(sensing)、通信组件 (communication)和硬件抽象组件(hardware abstractions)，在此基础上用户只需编写相关的应用层组件即可，便于用户利用已有组件开发新的应用，大大提高开发效率。