水声传感器网中基于网络编码的多径路由协议*明1，2徐(1．上海海事大学信息工程学院，上海201306;2．复旦大学上海市智能信息处理重点实验室，上海摘要:针对水声传感器网通信带宽低、节点能耗高的特点，提出一种基于网络编码的多径路由协议。该协议在路由过程中通过在主链路和后备链路之间动态切换创造更多的网络编码机会进行数据传输，从而优化网络带宽利用率，并降低冗余数据包重传造成的能量消耗。仿真结果表明:基于网络编码的多径路由协议可以在提高水声传感网吞吐量的同时，有效降低网络能量消耗。关键词:水声传感器网;网络编码;多径路由;网络吞吐量;能量消耗中图分类号:TP393文献标识码:A文章编号:1000—9787(2013)01—0036—04Multi-pathroutingprotocolforunderwateracousticsensornetworksbasedonnetworkcoding*XUMing1，2(1．SchoolofInformationEngineering，ShanghaiMaritimeAbstract:Consideringthecharacteristicsoflowcommunicationbandwidthandhighenergyconsumptionofnodesinunderwateracousticsensornetworks(UWASNs)，amulti-pathroutingprotocolbasedonnetworkcoding(MRNC)ispresented．MRNCcreatesmorenetworkcodingopportunitiesfordatatransmissionthroughdynamicswitchingovermainlinksandbackuplinksduringtheprocessofrouting，whichinturnoptimizesthenetworkbandwidthutilizationrate，andreducestheenergyconsumptioncausedbyretransmissionofredundantpackets．SimulationresultsdemonstratethatMRNCcanimprovethenetworkthroughputaswellasreduceenergyconsumptioninUWASNs．Keywords:underwateracousticsensornetworks;networkcoding;multi-pathrouting;networkthroughput;(on-demandmulti-pathrouting，ODMR)协议［4］的仿真实验结果表明:进行多径路由时，采用2条路由路径的效果引言水声传感器网是一门新兴的网络技术，在海洋环境监测、水下导航和水下预警等领域有着广泛的应用［1，2］。路由协议的效率是水声传感器网研究的一个重要课题。由于声波在水中的传播速度比无线电波在空气中的传播速度小5个数量级，并且水声信道的带宽非常有限，水声传感器网实际可获得的链路容量比无线传感网低很多［3］，这将严重影响水声传感器网的网络吞吐量。此外，由于传感器节点部署在无人值守的恶劣水下环境，造成更换电池非常困难。这对路由协议的能量有效性提出很高的要求。多径路由是一种提高无线传感器网传输带宽的有效手段，并已成为自组织网络路由的研究热点。按需多径路由0优。在定向泛洪路由(directionalflooding-basedrouting，DFR)协议［5］中，源节点将根据邻居节点到自身和目标节点方向的夹角以及链路质量来选择路由转发的中继节点，这样可以在一定程度上减少网络中冗余数据包的数量，从而减轻网络负担。但是，当链路质量不好时，会有多个邻居节点参与同一数据包的转发，造成DFR的性能急剧下降。多径虚拟汇聚(multipathvirtualsink，MVS)节点［6］技术将水声传感器网分为多个簇，每个簇拥有一个或多个聚合点，这些聚合点形成了一个小型的网状网络，并连接到本地汇聚节点，各个本地汇收稿日期:2012—07—18*基金项目:上海市科学技术委员会浦江人才计划资助项目(11PJ1404300);上海市智能信息处理重点实验室开放课题项目(IIPL—2011—008);上海海事大学科研基金资助项目(20110049)第1期徐明:水声传感器网中基于网络编码的多径路由协议37Pr(X(u)=1)称为节点nu的数据转发率，用γ(nu)来表示。路由路径p={n1，n2，…，nm}的状态模型用Y(p)来表示，Y(p)服从如下分布汇聚节点之间通过高速射频通信的方式链接到一起。MVS通过将冗余数据包沿着多条路径转发到多个本地汇聚节点的方式提高网络的可靠性和吞吐量，因此，冗余数据包重传造成的能量消耗问题较为突出。针对传统多径路由存在的问题，本文提出一种基于网络编码的多径路由协议(multi-pathroutingprotocolusingnet-workcoding，MRNC)。MRNC在路由过程中通过在主链路和后备链路之间动态切换创造更多的网络编码机会进行数据传输，从而优化网络带宽利用率，并降低冗余数据包重传造成的能量消耗。1网络模型考...