黃 芬，陳名松

(桂林電子科技大學(xué) 信息與通信學(xué)院，廣西 桂林541004)

隨著世界各國海洋開發(fā)和海洋軍事領(lǐng)域的飛速發(fā)展，水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)及其應(yīng)用成為新的研究熱點(diǎn)［1］。其路由協(xié)議的研究必不可少。由于水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特性，提供一種可靠的、可擴(kuò)展的有效路由協(xié)議是非常大的挑戰(zhàn)。近年來，學(xué)者們針對水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有動(dòng)態(tài)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、通信帶寬低、傳播時(shí)延大、誤碼率高等特點(diǎn)，提出了許多路由協(xié)議，尤其是基于地理位置的路由協(xié)議成為研究重點(diǎn)，但是它們大部分都需要借助昂貴的GPS定位。而這是水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的另一大難題。

1 DBR網(wǎng)絡(luò)模型

DBR(Depth Based Routing)［2］采用的是多Sink節(jié)點(diǎn)水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)［3］，見圖1。在網(wǎng)絡(luò)中有兩種傳感器節(jié)點(diǎn):一種是Sink節(jié)點(diǎn)，部署在水面上;另一種是普通傳感器節(jié)點(diǎn)(UW_sensor node)，部署在感興趣的水下3D區(qū)域內(nèi)。Sink節(jié)點(diǎn)配備了RF調(diào)制解調(diào)器和水聲調(diào)制解調(diào)器。前者用于Sink節(jié)點(diǎn)之間以及Sink節(jié)點(diǎn)和接收站之間的通信;后者用于Sink節(jié)點(diǎn)與UW_sensor node之間的通信。UW_sensor node只有水聲調(diào)制解調(diào)器，并且每個(gè)UW_sensor node都配備有深度傳感器，它不僅可以將探測到的數(shù)據(jù)發(fā)送給鄰節(jié)點(diǎn)，還可以將鄰節(jié)點(diǎn)發(fā)送過來的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)出去。DBR路由協(xié)議只考慮Sink節(jié)點(diǎn)和UW_sensor node之間的通信，不考慮Sink節(jié)點(diǎn)之間的通信。由于所有Sink節(jié)點(diǎn)都配有RF調(diào)制解調(diào)器，如果任何一個(gè)Sink節(jié)點(diǎn)成功接收到數(shù)據(jù)包，都可以通過無線電傳播很快地將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)給其他Sink節(jié)點(diǎn)和接收站。因此只要數(shù)據(jù)包成功到達(dá)任何一個(gè)Sink節(jié)點(diǎn)，則認(rèn)為其成功到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)。

圖1 多Sink節(jié)點(diǎn)水下傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

2 DBR路由算法

2.1 基本思想

DBR路由算法是一種簡單的基于節(jié)點(diǎn)深度信息的水下傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)的決定都取決于節(jié)點(diǎn)深度信息。不同于其他基于地理位置的路由協(xié)議，如VBF［4］，HH-VBF［5］，F(xiàn)BR［6］，DFR［7］等，DBR不需要知道節(jié)點(diǎn)的全三維位置信息，只需要知道節(jié)點(diǎn)的局部深度信息。節(jié)點(diǎn)深度信息可以很容易通過安裝在節(jié)點(diǎn)中的深度傳感器獲得。

DBR采用貪婪轉(zhuǎn)發(fā)策略將數(shù)據(jù)包發(fā)送給水面Sink節(jié)點(diǎn)。試圖選擇離目的節(jié)點(diǎn)最近的節(jié)點(diǎn)，即深度最小的節(jié)點(diǎn)為下一跳轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn);同時(shí)防止其他鄰節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)同樣的數(shù)據(jù)包來減小能耗。在這個(gè)過程中，數(shù)據(jù)包越接近目的節(jié)點(diǎn)，轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)的深度越小。在空洞不存在的情況下，如果減小每一跳轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)的深度，數(shù)據(jù)包可以到達(dá)水面Sink節(jié)點(diǎn)。當(dāng)某個(gè)節(jié)點(diǎn)有數(shù)據(jù)要發(fā)送時(shí)，簡單地通過廣播洪泛的形式將數(shù)據(jù)發(fā)送出去。其他節(jié)點(diǎn)接收到數(shù)據(jù)之后，借助于深度傳感器計(jì)算它們的深度并與發(fā)送節(jié)點(diǎn)的深度做比較。如果其深度小于發(fā)送節(jié)點(diǎn)的深度，則具有轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的資格;對收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理，并同樣通過廣播的形式將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)出去，否則將簡單丟棄數(shù)據(jù)包。

2.2 路由表的維護(hù)

DBR中數(shù)據(jù)分組包括4個(gè)域，具體如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)包格式

包序列號(hào)是由源節(jié)點(diǎn)分配給每個(gè)包的特殊序列號(hào)，和源節(jié)點(diǎn)ID一起組成數(shù)據(jù)包的Unique packet ID，用于區(qū)別不同的數(shù)據(jù)包。節(jié)點(diǎn)深度Depth是最近一次發(fā)送某個(gè)數(shù)據(jù)包的節(jié)點(diǎn)深度。Depth值逐跳更新，即數(shù)據(jù)包每被轉(zhuǎn)發(fā)一次，Depth值更新一次。

在DBR中，為了減小轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)的數(shù)量和控制數(shù)據(jù)包的重復(fù)發(fā)送，每個(gè)節(jié)點(diǎn)必須維護(hù)priority queue Q1和packet history buffer Q2兩張路由表。節(jié)點(diǎn)通過維護(hù)Q1和Q2這兩個(gè)序列，可以減少轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)數(shù)目，控制轉(zhuǎn)發(fā)路徑，保證節(jié)點(diǎn)在一段時(shí)間內(nèi)對相同的數(shù)據(jù)包只發(fā)送一次。網(wǎng)絡(luò)初始化時(shí)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的Q1和Q2序列都為空。Q1是臨時(shí)路由表，用來設(shè)置數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)優(yōu)先級(jí)的，當(dāng)數(shù)據(jù)包成功發(fā)送出去之后釋放;Q2用來記錄節(jié)點(diǎn)最近發(fā)送數(shù)據(jù)包的情況。每當(dāng)節(jié)點(diǎn)成功發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)包后，則將此數(shù)據(jù)包的Unique packet ID寫入Q2中。當(dāng)Q2已滿，最近最少被訪問的Unique packet ID將被最新的Unique packet ID取代。路由表Q1和Q2的路由條目如圖3所示。

圖3 由表Q1，Q2路由條目

節(jié)點(diǎn)接收到數(shù)據(jù)包之后，如果之前沒有發(fā)送過這個(gè)數(shù)據(jù)包(即Q2中無此包的記錄)，將此數(shù)據(jù)包寫入Q1中，并在holding time時(shí)間之后，將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)給深度更小的節(jié)點(diǎn)。若在holding time時(shí)間內(nèi)，此數(shù)據(jù)包再次被接收到有兩種情況:第一，從深度更大的節(jié)點(diǎn)或同樣深度的節(jié)點(diǎn)再次接收到此包，丟棄此包并釋放Q1;第二，從深度更小的節(jié)點(diǎn)再次接收到此包，更新數(shù)據(jù)包，預(yù)計(jì)發(fā)送時(shí)間ST，ST值也是逐跳更新。節(jié)點(diǎn)將此數(shù)據(jù)包發(fā)送出去后，釋放Q1并將此包的Unique packet ID寫入Q2中。

2.3 轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)集的選擇

為了更好地控制轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)的數(shù)量，引進(jìn)深度閾值dth參數(shù)。只有當(dāng)上一跳節(jié)點(diǎn)與當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的深度差Δd(Δd=dp-dc)大于dth時(shí)，當(dāng)前節(jié)點(diǎn)才具有轉(zhuǎn)發(fā)資格。dth的取值范圍為［-R，R)。當(dāng)dth=0時(shí)，說明比當(dāng)前節(jié)點(diǎn)深度低的節(jié)點(diǎn)都具有轉(zhuǎn)發(fā)資格;當(dāng)dth=-R時(shí)，相當(dāng)于全局洪泛協(xié)議。dth值是數(shù)據(jù)包成功傳遞率與網(wǎng)絡(luò)平均能耗之間的一個(gè)權(quán)衡，當(dāng)dth值小時(shí)，數(shù)據(jù)包成功傳遞率高，能耗也大;dth值大時(shí)，數(shù)據(jù)包成功傳遞率低，能耗也低。所以需要合理地選擇dth值，保證數(shù)據(jù)包成功傳遞率高，能耗也低，以滿足網(wǎng)絡(luò)需求。

2.4 數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)優(yōu)先級(jí)

DBR采用數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)優(yōu)先級(jí)的方法來抑制冗余數(shù)據(jù)報(bào)的傳輸。數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)優(yōu)先級(jí)是通過Q1中的數(shù)據(jù)包預(yù)計(jì)轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)間ST來體現(xiàn)的。節(jié)點(diǎn)的ST越早，其優(yōu)先級(jí)越高。每個(gè)接收到數(shù)據(jù)包的節(jié)點(diǎn)，首先計(jì)算數(shù)據(jù)包的預(yù)計(jì)發(fā)送時(shí)間ST，并寫入到優(yōu)先序列Q1中。包預(yù)計(jì)發(fā)送時(shí)間ST與Holding Time(HT)和接收到數(shù)據(jù)包的時(shí)刻有關(guān)(ST=接收到數(shù)據(jù)包的時(shí)間+HT)。即當(dāng)某個(gè)節(jié)點(diǎn)接收到一個(gè)數(shù)據(jù)包時(shí)，不是立即將數(shù)據(jù)包發(fā)送出去，而是先保持HT時(shí)間再發(fā)送。HT和上一跳節(jié)點(diǎn)與當(dāng)前接收節(jié)點(diǎn)的距離Δd有關(guān)。HT的計(jì)算式如

式中:τ=R/c;R為節(jié)點(diǎn)最大傳輸距離;c為水聲傳播速度，約等于1 500 m/s;Δd為上一跳節(jié)點(diǎn)與當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的深度差。當(dāng)δ取值較小時(shí)，節(jié)點(diǎn)HT較長，參與數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)的節(jié)點(diǎn)較少，能耗減少，但是端到端延時(shí)會(huì)變長。

2.5 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)策略

在DBR中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)在數(shù)據(jù)包中增加了一個(gè)深度信息。接收到數(shù)據(jù)包的節(jié)點(diǎn)，只有其深度小于發(fā)送節(jié)點(diǎn)的深度時(shí)，才具備轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的資格。DBR試圖選擇Depth值最小的鄰節(jié)點(diǎn)作為轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)，同時(shí)防止其他鄰節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)同樣的數(shù)據(jù)包來減小能耗。

DBR中數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)算法總結(jié)如下:當(dāng)某個(gè)節(jié)點(diǎn)接收到數(shù)據(jù)包時(shí)，它首先根據(jù)上一跳節(jié)點(diǎn)和當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的深度信息與深度閾值判斷自己是否具有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)資格，如果沒有轉(zhuǎn)發(fā)資格，則查詢Q1中是否存在數(shù)據(jù)包，若不存在，丟棄收到的數(shù)據(jù)包;否則，丟棄數(shù)據(jù)包并刪除Q1中數(shù)據(jù)包。如果具有轉(zhuǎn)發(fā)資格，在查詢Q2中是否存在這個(gè)數(shù)據(jù)包，若Q2中已存在這個(gè)數(shù)據(jù)包，則丟棄;否則查詢Q1中是否存在數(shù)據(jù)包，若不存在，則更新數(shù)據(jù)包中Depth域?yàn)楫?dāng)前節(jié)點(diǎn)深度dc，及根據(jù)當(dāng)前系統(tǒng)時(shí)間(即接收到數(shù)據(jù)包p的時(shí)間)及HT計(jì)算出數(shù)據(jù)包預(yù)計(jì)發(fā)送時(shí)間，然后將數(shù)據(jù)包及其預(yù)計(jì)發(fā)送時(shí)間ST寫入到Q1中。否則，從Q1中的數(shù)據(jù)包中提取出此數(shù)據(jù)包先前的預(yù)計(jì)發(fā)送時(shí)間STp，用min{ST，STp}更新Q1中的包預(yù)計(jì)發(fā)送時(shí)間域。如某節(jié)點(diǎn)接收到數(shù)據(jù)包P，其轉(zhuǎn)發(fā)流程圖如圖4所示。

圖4數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)流程圖

圖5 說明了數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)情況。節(jié)點(diǎn)S是發(fā)送節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)n1，n2，n3，n4和n5是S的所有一跳鄰節(jié)點(diǎn)。當(dāng)節(jié)點(diǎn)S有數(shù)據(jù)包要發(fā)送時(shí)，將數(shù)據(jù)包廣播發(fā)送出去，所有鄰節(jié)點(diǎn)都能接收到這個(gè)數(shù)據(jù)包。節(jié)點(diǎn)n4和n5在節(jié)點(diǎn)S下面(ds-dni＜dth，i=4，5)，dth=0，不具備轉(zhuǎn)發(fā)資格，丟棄此數(shù)據(jù)包。盡管n1，n2和n3都具備轉(zhuǎn)發(fā)資格，但是根據(jù)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)優(yōu)先級(jí)策略，可知n1的優(yōu)先級(jí)高于n2和n3，更適合轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。n1將最先將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)出去，n2和n3在它們的數(shù)據(jù)包預(yù)計(jì)發(fā)送時(shí)間內(nèi)將接收到節(jié)點(diǎn)n1發(fā)送的數(shù)據(jù)包，通過檢查Q2可以抑制數(shù)據(jù)包的發(fā)送。

圖5 轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)的選擇

3 擴(kuò)展分析

DBR協(xié)議的關(guān)鍵思想是網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的決定取決于節(jié)點(diǎn)深度信息。在采用貪婪轉(zhuǎn)發(fā)算法的時(shí)候，節(jié)點(diǎn)依據(jù)一定的標(biāo)準(zhǔn)選擇一個(gè)鄰節(jié)點(diǎn)作為數(shù)據(jù)包的下一跳節(jié)點(diǎn)。DBR相對于其他基于地理位置信息的水下傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議，不需要知道節(jié)點(diǎn)全三維位置信息，只需要知道節(jié)點(diǎn)的局部深度信息。同時(shí)，DBR采用的是多Sink節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，繼承了此網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的特點(diǎn)并未帶來額外的網(wǎng)絡(luò)成本。但是DBR仍然存在一些問題，這些問題會(huì)影響網(wǎng)絡(luò)的性能。

第一，DBR采用洪泛傳播機(jī)制，如果每個(gè)節(jié)點(diǎn)都參與數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)，將增加網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜度，產(chǎn)生大量的冗余數(shù)據(jù)，導(dǎo)致過多的能量消耗，且降低了網(wǎng)絡(luò)帶寬利用率。同時(shí)所有接收到數(shù)據(jù)包的節(jié)點(diǎn)每次都要計(jì)算他們的深度信息，同樣會(huì)消耗網(wǎng)絡(luò)能量。第二，DBR網(wǎng)絡(luò)的性能與網(wǎng)絡(luò)密度有關(guān)。比如在某些區(qū)域節(jié)點(diǎn)部署稀疏，可能由于候選節(jié)點(diǎn)的深度都比發(fā)送節(jié)點(diǎn)大，導(dǎo)致發(fā)送節(jié)點(diǎn)找不到轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)，從而進(jìn)入到不斷尋找候選節(jié)點(diǎn)的死循環(huán)中，即存在局部路由空洞現(xiàn)象。即使有些比發(fā)送節(jié)點(diǎn)深度大的節(jié)點(diǎn)可以成功轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)到目的節(jié)點(diǎn)，但是DBR中并沒用提出處理局部路由空洞現(xiàn)象的機(jī)制。第三，網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)必須配置深度傳感器，增加網(wǎng)絡(luò)成本，同時(shí)深度傳感器也要消耗一部分能量，會(huì)降低網(wǎng)絡(luò)壽命。

Uichin Lee等人針對DBR路由協(xié)議存在隱藏終端和局部路由空洞現(xiàn)象，提出了Hydrocast協(xié)議［8］。在轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)集的選擇策略中考慮了如何避免隱藏終端現(xiàn)象，并提出了局部更低深度節(jié)點(diǎn)優(yōu)先路由恢復(fù)機(jī)制。但是Hydrocast協(xié)議同樣會(huì)出現(xiàn)多個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)傳遞同一個(gè)數(shù)據(jù)包的現(xiàn)象，造成信息的冗余發(fā)送和節(jié)點(diǎn)能量的浪費(fèi)。

Hydrocast協(xié)議利用局部拓?fù)湫畔?，采用簡單的貪婪算法選擇最優(yōu)候選節(jié)點(diǎn)集，且不存在隱藏終端問題。具體工作如下:節(jié)點(diǎn)根據(jù)數(shù)據(jù)包到目的節(jié)點(diǎn)的最大期望(EPA)來選擇轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)集。EPA的大小與數(shù)據(jù)包傳遞率和節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的距離有關(guān)。源節(jié)點(diǎn)選擇EPA值最大的節(jié)點(diǎn)ni作為轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)，如果ni的鄰節(jié)點(diǎn)通信范圍覆蓋了ni通信范圍的一半，這些鄰節(jié)點(diǎn)和ni便形成了一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)集。轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)集中的節(jié)點(diǎn)可以互相偵聽對方，因?yàn)樗鼈冎g的距離都小于最大傳輸距離R，這樣就保證不會(huì)出現(xiàn)隱藏終端現(xiàn)象。Hydrocast協(xié)議同樣采用數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)優(yōu)先級(jí)的方法來抑制冗余數(shù)據(jù)包的傳輸。節(jié)點(diǎn)EPA值越大優(yōu)先級(jí)越高，EPA值最大的節(jié)點(diǎn)ni優(yōu)先級(jí)最高，即節(jié)點(diǎn)ni等待發(fā)送時(shí)間最短。轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)集中的節(jié)點(diǎn)在偵聽到高優(yōu)先級(jí)的節(jié)點(diǎn)時(shí)，將抑制自己的傳輸。

在Hydrocast協(xié)議中，當(dāng)某節(jié)點(diǎn)所有一跳鄰節(jié)點(diǎn)的深度都比它的大時(shí)，此節(jié)點(diǎn)為局部極值點(diǎn)。每個(gè)局部極值點(diǎn)都維持著到比其深度更低的節(jié)點(diǎn)的恢復(fù)路徑，用于避免發(fā)生路由空洞。當(dāng)數(shù)據(jù)包在局部極值點(diǎn)的一條路徑或多條路徑中斷時(shí)，可以通過路由恢復(fù)路徑走出空洞區(qū)域，回到貪婪轉(zhuǎn)發(fā)模式。局部更低深度節(jié)點(diǎn)優(yōu)先恢復(fù)機(jī)制(local lower-depth-first recovery)將抑制節(jié)點(diǎn)的洪泛，只有表面節(jié)點(diǎn)參加洪泛轉(zhuǎn)發(fā)。被鄰節(jié)點(diǎn)包圍的節(jié)點(diǎn)不是表面節(jié)點(diǎn)，否則就是表面節(jié)點(diǎn)。采用四面體的方法決定一個(gè)節(jié)點(diǎn)是否為表面節(jié)點(diǎn)，通過這種方法找到表面節(jié)點(diǎn)后，數(shù)據(jù)包將從一個(gè)表面節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)搅硪粋€(gè)表面節(jié)點(diǎn)。經(jīng)過幾次傳輸后，回到貪婪轉(zhuǎn)發(fā)模式。

VAPR協(xié)議［9］采用基于地理位置的路由協(xié)議中固有的信標(biāo)機(jī)制(beaconing mechanism)來避免路由空洞現(xiàn)象。在每個(gè)信標(biāo)數(shù)據(jù)包中嵌入節(jié)點(diǎn)的位置信息(在這是節(jié)點(diǎn)深度信息)，節(jié)點(diǎn)通過比較鄰節(jié)點(diǎn)與自己的深度，可以很容易地確定自己是否為局部極值點(diǎn)。當(dāng)某節(jié)點(diǎn)為局部極值點(diǎn)時(shí)，廣播告知其一跳鄰節(jié)點(diǎn)。具體如下:每個(gè)節(jié)點(diǎn)都周期性地向其一跳鄰節(jié)點(diǎn)發(fā)送信標(biāo)數(shù)據(jù)包，信標(biāo)數(shù)據(jù)包中包括5個(gè)域:節(jié)點(diǎn)ID、節(jié)點(diǎn)深度、局部極值點(diǎn)標(biāo)志位、節(jié)點(diǎn)界限、超時(shí)間隔。VAPR協(xié)議中信標(biāo)數(shù)據(jù)包只需存儲(chǔ)一跳鄰節(jié)點(diǎn)的信息，所以每個(gè)信標(biāo)數(shù)據(jù)包中只包括廣播這個(gè)信標(biāo)數(shù)據(jù)包的信息。

DBMR協(xié)議［10］也是一種基于深度的路由協(xié)議，但不是采用洪泛傳播機(jī)制，所以不會(huì)像DBR協(xié)議一樣產(chǎn)生大量的冗余數(shù)據(jù)，導(dǎo)致過多的能量消耗，可以平衡網(wǎng)絡(luò)能耗，但是同樣存在路由空洞現(xiàn)象。它分為路由發(fā)現(xiàn)和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)兩個(gè)過程。所有節(jié)點(diǎn)部署完后，就開始探測它們的深度，啟動(dòng)路由發(fā)現(xiàn)過程選擇它們的下一跳節(jié)點(diǎn)，并存入路由表中。當(dāng)某節(jié)點(diǎn)有數(shù)據(jù)包要發(fā)送時(shí)，將通過多跳的方式把數(shù)據(jù)包發(fā)送給Sink節(jié)點(diǎn)。具體做法如下:首先查詢路由表中是否有下一跳節(jié)點(diǎn)，若沒有則發(fā)送失敗，觸發(fā)路由發(fā)現(xiàn)過程找到下一跳節(jié)點(diǎn)，然后發(fā)送數(shù)據(jù)包。當(dāng)鄰節(jié)點(diǎn)接收到數(shù)據(jù)包之后，首先檢查自己是否是Sink節(jié)點(diǎn)，如果是Sink節(jié)點(diǎn)，數(shù)據(jù)包成功接收;否則，繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包直到數(shù)據(jù)包被Sink節(jié)點(diǎn)成功接收。

4 小結(jié)

本文詳細(xì)描述了水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)基于深度信息路由協(xié)議DBR的特性。DBR協(xié)議是水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中第一個(gè)基于深度信息的路由協(xié)議，采用貪婪轉(zhuǎn)發(fā)策略將數(shù)據(jù)包發(fā)送給水面Sink節(jié)點(diǎn)。雖然相對于其他基于地理位置的路由協(xié)議具有許多優(yōu)點(diǎn)，但還是存在很多不足，有待改進(jìn)。在擴(kuò)展分析中，詳細(xì)闡述了DBR路由協(xié)議的優(yōu)缺點(diǎn)及幾種DBR路由協(xié)議的改進(jìn)算法。隨著該協(xié)議的不斷改進(jìn)，可達(dá)到很好地節(jié)省節(jié)點(diǎn)能量的目的，延長整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的壽命。

［1］朱昌平，韓慶邦.水聲通信基本原理與應(yīng)用［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2009:252-320.

［2］YAN Hai，SHI Zhijie，CUI Junhong.DBR:depth based routing for underwater sensor networks［C］//Proc.NETWORKING＇08.［S.l.］:Springer-Verlag Berlin，2008:16-1221.

［3］SEACH W K G，TAN H X.Multipath virtual sink architecture for underwater sensor networks［C］//Proc.OCEANS 2006-Asia Pacific.［S.l.］:IEEE Press，2006:1-6.

［4］XIE P，CUI J H，LAO L.VBF:vector-based forwarding protocol for Underwater Sensor Networks［EB/OL］.［2012-01-01］.http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.60.4529＆rep=rep1＆type=pdf.

［5］NICOLAOU N，ANDREW S，XIE P.Improving the robustness of location-based routing for Underwater Sensor networks［C］//Proc.IEEE OCEANS.［S.l.］:IEEE Press，2007:1-6.

［6］JORNET M，STOJANOVIC M，ZORZI M.Focused beam routing protocol for underwater acoustic networks［C］//Proc.WuWNeT＇08.New York，NY，USA:ACM，2008:75-82.

［7］HWANG D，KIM D.DFR:directional flooding-based routing protocol for underwater sensor networks［C］//Proc.IEEE OCEANS.［S.l.］:IEEE Press，2008:1-7.

［8］LEE U，WANG P，NOH Y，et al.Pressure routing for underwater sensor networks［C］//Proc.IEEE INFOCOM.［S.l.］:IEEE Press，2010:1-9.

［9］NOH Y，WANG P，LEE U，et al.VAPR:void aware pressure routing protocol［EB/OL］.［2011-09-30］.http://cs.ucla.edu/～ytnoh/publication/WuWNet10_VAPR.pdf.

［10］LIU Guangzhong，LI Zhibin.Depth-based multi-hop routing protocol for underwater sensor network［C］//Proc.2nd International Conference on Industrial Mechatronics and Automation.［S.l.］:IEEE Press，2010:268-270.