基于三角形链路质量度量的WMSNs最小路径间干扰地理多径路由

沙特国王大学学报无线多媒体传感器网络中基于三角形链路质量度量的最小路径间干扰地理多径路由Shailendra Aswalea，Shaha，Vijay Ram Ghorpadeba印度马哈拉施特拉邦Kolhapur Shivaji大学DYPCET计算机科学工程系b印度马哈拉施特拉邦Kolhapur Shivaji大学BVCOEK计算机科学工程系阿提奇莱因福奥文章历史记录：2017年11月3日收到2018年1月22日修订2018年2月3日接受在线提供2018年保留字：无线多媒体传感器网络QoS路由三角链路质量度量干扰隐藏节点问题A B S T R A C T无线多媒体传感器网络（Wireless Multimedia Sensor Networks，WMSNs）是为满足新兴应用对服务质量（Quality of Service，QoS）的严格要求而出现的一类新型无线传感器网络。多路径路由与跨层的方法似乎是一个潜在的解决方案，以支持WMSNs的独特特性。然而，由于底层介质的广播性质，多个路径暴露于路径间干扰。此外，低功率无线链路本质上是不对称的、易出错的和不可靠的。因此，准确、稳定的链路质量估计是保证路由协议性能的提出了一种基于三角形链路质量该跨层路由协议基于三角形链路质量度量、剩余能量和距离选择转发节点，同时期望相邻路径干扰影响最小。此外，TIGMR协议避免了在汇聚节点处的隐藏节点问题（HNP），而不使用请求发送/清除发送（RTS/CTS）握手机制。仿真结果表明，与现有的两阶段地理转发（TPGF）和链路质量和能量感知路由（LQORE）协议相比，TIGMR协议优化了网络的整体性能，提高了网络的生存时间。©2018作者制作和主办：Elsevier B.V.代表沙特国王大学这是一CC BY-NC-ND许可下的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。1. 介绍技术研究增长的令人鼓舞的步伐导致了能够感测和传输多媒体数据 以 及 标 量 数 据 的 传 感 器 的 发 展 。 无 线 多 媒 体 传 感 器 网 络（WMSN）是无线传感器网络（WSN）的下一个发展阶段WMSN是互连的异构无线传感器的网络，其使得能够检索视频和音频流、静止图像以及标量传感器数据。无线传感器网络是一项令人兴奋的新技术，具有巨大的潜力，可以加强传统的无线传感器网络应用，以及创建一个服务，*通讯作者。电子邮件地址：aswale. gmail.com（S. Aswale）。沙特国王大学负责同行审查智能监控、视觉目标跟踪、交通监控、环境监控、先进的医疗保健服务、物联网（IoT）中的灾难管理等新的多媒体应用（Akyildiz等人，2007，2008;Al-Turjman，2017; Alvi等人， 2015年）。服务质量（QoS）是向潜在应用程序提供有保证的服务级别的能力。WMSN的主要目标是提供多媒体内容与预定义的QoS水平。多媒体数据的传输需要小心处理，以确保有一个低的分组丢失率，端到端延迟保持在可接受的范围内，抖动是足够的感知视频质量。然而，由于网络资源有限，要在WMSN中实现广泛的实时多媒体应用所需的QoS水平是一项具有挑战性的任务（Al-Turjman，2018）。事实上，WMSN中具有QoS保证的多媒体数据传输取决于路由协议的设计和实现（Aswale和Ghorpade，2015;Ehsan和Hamdaoui，2012; Shen和Bai，2016）。近十年来，人们对低功耗无线链路的特性进行了一些实证研究。低-https://doi.org/10.1016/j.jksuci.2018.02.0011319-1578/©2018作者。制作和主办：Elsevier B.V.代表沙特国王大学这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。制作和主办：Elsevier可在ScienceDirect上获得目录列表沙特国王大学学报杂志首页：www.sciencedirect.com34S. Aswale，V.R.Ghorpade/ Journal of King Saud University电力无线链路本质上是不对称的、易出错的和不可靠的（Baccour等人，2012; Ding等人， 2016年）。这是由于环境因素和硬件无线电平台。此外，低功耗无线链路容易受到空间变化的传感器节点的传输范围分为三个区域：断开，过渡，连接。在没有联系的地区，联系不足以进行通信，而且质量很差。在过渡区域中，链路在本质上是不对称和不可靠的，而在连通区域中，链路提供对称性、可靠性和良好的质量。由于传感器网络中低功耗链路的动态和有损特性，链路质量估计是一个棘手的问题准确、稳定的链路质量估计是保证WMSN路由协议性能对链路质量的不准确估计会严重降低路由协议的性能事实上，链路质量估计有助于路由协议减轻低功率无线链路不可靠性的影响。单路径路由方法不适合保证WMSN中期望的QoS水平。多路径路由被认为是在各种条件下提供足够网络资源以满足多媒体QoS要求的相关解决方案（Chikh和Lehsaini，2017; Macit等人，2014年）。典型地，这是通过在节点不相交的多条路径上并发传输多媒体数据流来实现的。然而，当同时使用相邻路径时，底层介质的广播性质导致路径间干扰或路由耦合效应，这显著降低了路由协议的性能（Macit等人，2014;Pearlman等人，2000年）。此外，节点不相交的最短路径是不足以保证高的数据包传输率（PDR），因为传感器节点可能会干扰内和超出其通信范围。容错路由在最近的研究中受到了极大的关注。典型的容错路由用于在WMSN中提供可靠性、可用性和随之而来的独立性。由于在特定的时间段后，传感器节点的可用剩余能量显著低于所需的计算能量，因此必须开发容错路由算法，以便从路径故障中恢复。此外，容错路由对于保证关键监控应用的QoS是必要的（Hasan和Al-Turjman，2017 a，2017 b）。IEEE 802.15.4标准定义了用于低功率无线网络的物理和介质访问控制（MAC）层的规范（IEEE，2011）。然而，它不包括请求发送（RTS）和清除发送（CTS）握手机制来克服隐藏节点问题（HNP）（Kassa等人，2009年）。 在节点不相交的多径路由中，由于汇聚节点的1跳邻居节点位于两条不同的路径上，因此汇聚节点可能会发生HNP。这种HNP会给路由协议的QoS性能带来严重的后果。尽管RTS/CTS机制可以减少隐藏的终端问题，但是由于传感器网络中的控制分组，它在信道利用方面产生了高开销（Barroca等人，2014年）。因此，在节点不相交的多径路由中，在没有RTS/CTS机制的路径探索过程中，应该避免汇聚节点处的HNP。跨层方法已经成为WMSNs的这种方法使得非相邻层之间的信息交互和传统的单层方法提供QoS保证的努力并没有产生最佳的结果。然而，跨层方法对于保证QoS要求至关重要，并且有可能优化路由协议的性能（Hamid和Hussain，2014; Ranjan和Varma，2016）。针对上述问题，本文提出了一种新的QoS感知多路径的设计与实现WMSNs的路由协议。该三角形链路质量度量和基于最小路径间干扰的地理多路径路由（TIGMR）协议实现了物理层和网络层之间的跨层信息交换。本文的主要贡献如下：1. TIGMR协议发现节点不相交的最小干扰多路径使用的路由成本函数，强调链路质量，剩余能量和距离。选择路由代价最小的1跳邻居节点作为转发节点。2. 在IEEE网络符合802.15.4标准的网络。使用新方法，TIGMR协议避免了汇聚节点处的HNP，即，没有RTS/CTS握手机制。3. 通常，单个链路质量度量仅提供链路的部分特性。因此，使用被称为三角度量的合并链路质量度量来导出链路质量测量（Boano等人，2010年）。为了有效地利用链路不对称性，TIGMR估计方向感知链路质量。4. TIGMR协议在路径由于节点耗尽能量而断开之前发起另一个活动路径上的数据业务的软转换。5. TIGMR的评估和比较是用最先进的两阶段地理转发（TPGF）协议（Bennis等人，2014; Shu等人，2010a）和链路质量和能量感知路由（LQAVE）协议（Aswale和Ghorpade，2017）。通过启用和禁用MAC子层中的帧重传进行了广泛的仿真。性能评估表明，TIGMR提出了改进TPGF和LQRIGHT协议。本文的其余部分组织如下：在第2节中讨论了相关多路径协议的简要概述。第3节介绍了拟定TIGMR方案的详细信息。在第4节中进行了TIGMR与TPGF和LQMR的性能评价和比较。最后，在第5节中对本文进行了总结。2. 相关工作近年来，对WMSN中的QoS路由协议进行了几次调查（Aswale和 Ghorpade ， 2015; Ehsan 和 Hamdaoui ， 2012; Shen 和 Bai ，2016）。在本节中，从操作和目标的角度简要概述了相关的现有定性多路径路由协议。多路径和多速度（MMSPEED）协议在可靠性和及时性域中提供QoS区分（Felemban等人，2006年）。MMSPEED是一种跨层的方法，它区分具有不同延迟和可靠性要求的通信流，以提供端到端的QoS保证。 根据可靠性，每个传感器节点将数据包的多个副本转发给选定的邻居。然而，由于冗余分组，可能存在拥塞的增加和能量效率的降低。TPGF是第一个纯地理贪婪转发路由协议，其绕过漏洞并探索一个或多个多节点不相交的最短路径（Bennis等人，2014; Shu等人，2010年a）。TPGF包括两个阶段：地理转发和路径优化。在地理转发中，基于1跳邻居与sink之间的距离来选择转发节点。路径优化阶段删除所有路径圆，删除冗余的不必要的节点。TPGF是一种理想的路由技术-S. Aswale，V.R.Ghorpade/ Journal of King Saud University35nique for WMSNs.然而，它在固定拓扑中选择相同的路径，这可能会减少网络寿命。多优先级多路径选择（MPMP）路由协议是TPGF的扩展（Shu等人，2010年b）。它最大化流数据传输并保证端到端延迟。多媒体数据流被分成音频流和图像流。基于上下文感知的多媒体内容的优先级和基于端到端传输延迟的优先级被分配。具有较低延迟的路径被分配给较高优先级的流。然而，多媒体数据流的分解和组合增加了处理开销。低干扰节能多路径路由（LIEMRO）通过构建干扰最小化的节点不相交路径来保证事件驱动的传感器网络的QoS要求（Radi等人，2011年）。基于剩余能量、预期传输计数（ETX）和干扰水平来选择转发节点。它采用负载均衡算法来调节注入到不同路径的数据流量。然而，一个极端的信道竞争广泛地影响协议的性能。自适应贪婪罗盘能量感知多路径（AGEM）路由协议实现负载平衡特征以提高网络寿命（Medjiah等人，2012年）。在AGEM中使用了两种模式：智能贪婪转发和步行返回转发。当总有一个1跳邻居比当前节点更靠近信宿时，第二种模式用于1跳邻居节点不可用的情况。AGEM确保均匀的能耗并保证QoS。地理能量感知非干扰多路径（GEAM）路由协议将整个网络拓扑划分为许多区域，并且同时以无干扰模式转发数据以促进WMSN中的数据传输（Li和Chuang，2013）。地区之间的距离足够大，以避免传输干扰。GEAM即使在网络拓扑发生快速变化时也然而，它不能保证所有导出路径的QoS功率自适应速度（PASPEED）协议通过以最小传输成本满足应用特定延迟来实现能量效率（Ukani等人，2014年）。PASPEED动态地控制，trols传输功率的基础上的距离，各个节点。由于传输功率控制，网络寿命有显著的改善。此外，三个不同的优先级被分配给数据包，以区分其可靠性要求。（Magaia等人，2015）开发了一种新的多目标方法来处理考虑QoS要求的WMSN路由。它使用遗传多目标进化算法，称为强度帕累托进化算法（SPEA）。它确保在早期运行中有更好的解决方案，并以最小的ETX和延迟找到路径。 在路由决策中使用ETX度量有助于具有非对称链路的路径。然而，ETX度量仅估计部分链路特征。成对定向地理路由（PWDGR）协议，旨在解决汇点周围的能量瓶颈问题（Wang et al.，2015年）。PWDGR在sink的360°范围内找到成对节点作为目的地节点。因此，有效地最小化了水槽周围的严重能量负担。PWDGR在密集WMSN中表现更好。然而，它在能量和延迟方面妥协。跨层信道利用和延迟感知路由（CUDAR）协议使得能够在MAC和网络层之间进行跨层信息交换以找到更好的路由路径（Hamid等人，2016年）。根据剩余能量、跳数、信道利用率和分组服务时间（PST）选择转发节点。在路由发现过程中，CUDAR选择PST小、竞争少的节点，同时保持最小的路径，提供了更好的延迟、低抖动和高吞吐量。另一种称为载波侦听感知多路径地理路由协议（CSA-MGR）的新颖协议通过使用动态和分布式机制来发现避免任何共享载波侦听范围的多个不相交路径（Bennis等人，2016年）。在路径发现期间，使用载波感测范围而不是干扰或传输范围来处理相邻路径干扰效应。在CSA-MGR中引入了公共邻居数（NCN）度量和锯齿避免机制，以保证路由发现过程更高效、更快速。CSA-MGR在延迟、PDR和路由开销方面比TPGF协议表现得更好。采用实时视频流协议（ARTVP）的自适应流量整形数据速率实现了最佳的多媒体编码复杂性，并利用了多路径转发（Ahmed，2017）。基于接收信号强度指示符（RSSI）、剩余能量和延迟来选择转发节点。该算法根据多媒体内容对数据包进行分类，将高优先级的数据包分配到最可靠的路径上，并根据多媒体业务的不同实现单路径到多路径的该协议保证了高性能和可扩展的网络生命周期。针对WMSN（Hasan）中的实时视频流设计了一种分区多约束多路径路由（PMMR）协议例如，2017年）。在该协议中，提出了新的度量优先级传感器节点根据链路质量。对于每个目标函数，基于决策约束选择路径。它使用混合整数规划来控制路由业务的自适应切换。PMMR协议提高了网络生存时间，保证了服务质量.LQSTOM协议发现节点不相交的多条路径，从而提高网络寿命（Aswale和Ghorpade，2017）。转发节点的选择是基于链路质量指标（LQI），剩余能量和1跳邻居到sink的距离。 它选择更好的质量链路，从LQI度量估计，以提供可靠性。然而，LQI度量不能准确地估计链路的质量，因此仅提供不适合基于链路质量的路由协议的无线链路的部分特性。3. TIGMR概述所提出的TIGMR协议的灵感来自TPGF的工作。在这一节中，无线链路质量估计，路由成本函数，假设，邻居发现阶段，路径发现阶段，路径维护阶段的建议TIGMR协议的详细介绍。3.1. 无线链路质量估计在过去的十年中，已经进行了一些实证研究的特点，低功耗无线链路使用IEEE符合802.15.4标准的无线电芯片。这些无线电芯片是为低功耗应用开发的 ， 支 持 250kbps 的 有 效 数 据 速 率 。 例 如 ， CC2520 （ TexasInstruments CC2520，2013）和AT8086RF231（Atmel符合802.15.4标准的无线电芯片。这些无线电芯片隐式地估计链路质量，其被称为基于硬件的链路质量度量。能量检测（ED）、RSSI、信噪比（SNR）和LQI是基于硬件的链路质量度量。从附加探测包计算的链路质量例如，分组接收比（PRR）、基于分数的和所需分组重传次数（RNP）是基于软件的链路质量度量（Baccour等人，2012年）。在TIGMR的上下文中，建议使用以下链路质量度量。36S. Aswale，V.R.Ghorpade/ Journal of King Saud University¼¼LQIk¼1n;PKð2Þ3.1.1. 信噪比（SNR）它被定义为纯接收信号强度与噪声基底之间的分贝差。SNR可以提供一个更好的估计相比，RSSI的链路质量然而，SNR仅为100%-高质量链路和其它链路之间的关系， 它m信噪比SNRk¼1nPmLQI kð1Þ为链路质量分类提供了更宽的范围。此外，本发明还提供了一种方法，由于无线电误校准，SNR可能导致噪声链路质量估计。3.1.2. 链路质量指标（LQI）LQI测量是所接收分组的强度和质量的表征。测量可以使用SNR或接收器能量水平或这些方法的组合来实现。高LQI值指示高信号强度，而低LQI值指示低信号强度。执行a如图1所示，使用平均SNR和LQI值作为两个垂直腿（OA和AB）以及连接腿的直角三角形（OB）来这是一个D4是使用三角链路质量度量的估计，它由Eq.（三）、如图1时，螺旋长度dD1小于dD2，螺旋长度dD3小于dD4。发送节点与其1跳邻居之间的最佳链路是根据最大的带宽长度是最好的链路质量的规则来计算的。该度量的大小因无线电芯片而异。这是由于每个制造商的硬件规格和实现的差异例如，CC2520提供了一个平均年龄的相关值为每个传入的数据包的基础上的前八个符号。特别地，最大和最小LQI值dD¼qSNR2LQI23.2. 路由代价函数ð3Þ应该与接收机可检测的最高和最低质量兼容信号相关联，并且其他LQI值应该均匀地分布在这两个极限之间。由于高方差，LQI度量不能准确地分类高质量链路和低质量链路。在所提出的工作中，LQI直接从原始数据计算接收到的能量水平的相关值，而不使用任何在路径发现阶段，传感器节点使用路由成本函数来选择转发节点。对于具有传输范围r的两个传感器节点na和nb，位置坐标为（xa，ya）和（xb，yb），两个传感器节点之间的距离Distancea，b定义为等式（1）所示（四）、经验常数距离eab<$qxa-xb2ya-yb2ð4Þ3.1.3. 数据包接收率PRR标识在预定义的时间窗口期间在接收器处接收的分组与由发送器节点发送的分组的总数的比率。PRR是一种非常简单的方法，可以在任何无线电收发器上实现。该度量的准确性高度依赖于所选时间窗口的大小。例如，当在5个分组的集合上计算PRR时，单个接收对总体PRR的影响是20%，而在5个分组的集合上，10个数据包，单次接收对整体PRR的影响是10%具有非常低和非常高的PRR的链路可以从较小的时间窗口估计。然而，具有中等PRR的链路需要更大的时间窗口来估计准确的链路质量。此外，在过渡区中，PRR与传输距离不相关。3.1.4. 三角度量LQI和SNR度量在分组的接收期间提供关于信道质量的即时信息。然而，它们不考虑潜在的分组丢失分布。因此，这些指标高估了链路质量的数据包丢失的存在。相反，PRR度量是根据在预定义的时间窗口期间成功的分组传输来估计的。这些指标中的每一个都单独提供了关于链路特性的有价值的信息。实际上，单个链路质量度量检测特定链路属性，因此仅提供链路的部分表征。为了克服单个链路质量度量的缺点，可以将两个或三个链路质量度量合并起来，以准确地估计链路质量。三角度量是混合链路质量度量，其将SNR、LQI和PRR度量几何地估计为鲁棒估计器，该鲁棒估计器保证对链路质量的可靠评估（Boano等人，2010年）。三角度量的形式描述如下：假设n是发送的分组的总数，m是预定义时间窗口w内成功接收的分组，其中（0m≤n）。计算每个接收到的分组k的SNR和LQI，并表示为SNRk和LQIk。在包括PRR信息之后，平均SNR和LQI的计算方法如等式2所示。（1）和（2）。na的1跳相邻节点的集合表示为Na，计算如下：Na<$fnbj距离a;b6rg5提出的TIGMR算法根据1跳邻居节点与sink节点的距离、三角度量和剩余能量来选择转发节点对于来自集合N a的任何节点n b，n b和sink之间的距离表示为距离b，sink，基于三角度量的非对称链路质量表示为T Ma！b，剩余能量表示为RE b。转发节点根据路由成本函数以最低成本被选择，该路由成本函数在等式2中示出（六）、因为a;b/4距离eb;sin ka×T Ma！b-b×REb-c6其中a、b和c是距离、三角链路质量度量和剩余能量的加权常数。在所提出的TIGMR中，这些常数被设置为0.6（a）、0.2（b）和0.2（c）以满足等式（1）。（7）优化QoS性能。abc17图1.一、利用三角度量进行链路质量估计S. Aswale，V.R.Ghorpade/ Journal of King Saud University373.3. 假设在建议的协议中，WMSN包括IEEE 802.15.4兼容的N个相同的传感器节点随机分布在感兴趣的区域。所有节点具有相同的规格，除了源和宿没有能量限制。假设所有节点具有相同的传输范围r，并且可以直接与1跳相邻节点交换信息。所有节点都知道自己的位置，并假设在其生命周期内是静止的。这个网络在任何给定的时刻都只有一个源和一个汇网络是密集的和完全连接的，即，假设网络是有损耗的、不对称的和不可靠的，数据可以在多跳中从源发送到宿假设路径间干扰用于随后的路径探索。假设每个节点处于以下状态之一：1. FREE：节点是自由的，可以用于路径的探索。2. OCCUPIED：节点已在路径中使用，无法进行路径探索。3. BLOCK：在路径探索期间，除了其前任之外不存在转发节点4. INTERFER：节点预计将受到路径间干扰的影响。5. DEAD：节点已耗尽所有能量。3.4. 邻居发现阶段邻居发现基本上是识别给定节点的通信范围中该节点可以直接与之通信的所有节点在网络部署后，每个传感器节点周期性地向其1跳邻居节点广播HELLO分组以收集关于邻居的所需信息每个节点接收到HELLO报文后，从报文中提取所需的信息并存储在邻居信息表（NIT）中。例如，位置坐标、计算的LQI和SNR值在NIT中存储和更新在预定义的时间窗口到期之后，每个接收器节点使用等式（1）计算三角链路质量（三）、此外，每个接收器生成一个微小的INFO数据包，并将其该INFO分组包含发送器-接收器三角链路质量度量估计和接收器的剩余能量。在算法1中给出了用于TIGMR邻居发现阶段算法1. （续）15：提取SNRa、LQIa并将其添加到先前存储的SNRa，LQIa并在NIT 16中更新节点a的该信息：如果17：如果结束18：计算基于三角度量的非对称链路质量b代表节点ea19：单播包含T Ma！b和REb到节点a二十：结束程序3.5. 路径发现阶段在邻居发现阶段之后，每个传感器节点处于自由状态，并且具有关于三角形链路质量度量、剩余能量和位置的足够信息来计算其1跳邻居节点的路由成本。如图2所示，源节点（S）使用等式（1）选择其转发节点。（6）并向其最优选的转发节点（8）发送路由请求（RREQ）分组。类似地，源节点的转发节点（8）计算其在信宿方向上的最优选转发节点。该当前节点（8）将其状态改变为OCCUPIED，并将RREQ分组转发到其优选转发节点（15）。此外，当前节点（8）在其路由表中输入路由路径细节。该操作在每个中间节点（8）、（15）、（20）、（26）处继续，并且(32)直到RING分组到达信宿（D）。在路径探索过程中，转发节点的不可用被称为阻塞情况，它触发后退和标记方法。它将返回到其先前的跳节点，并将其自身的状态更改为BLOCK状态。重复执行该后退和标记方法，直到其在信宿的方向上找到转发节点。TIGMR RouteRequest的过程在算法2中给出。在接收分组到达之后，汇聚节点（D）向源节点（S）发送汇聚节点（D）生成路由应答（RREP）分组，并转发到它从其接收到RREP的1跳邻居节点（32）。如算法3所示，汇聚节点在转发到1跳邻居节点之前将RREP分组中的汇聚邻居比特设置为1类似地，中间节点（32）将宿邻居1比特设置为1，并将该RREP分组发送到其1跳邻居节点（26）。汇聚点和节点（32）的所有1跳相邻节点在RREP转发期间偷听到该RREP如算法4所示，每当节点偷听到源自信宿的RREP分组，它设置算法1.邻居发现阶段1：过程BroadcastHello（节点a）2：如果当前观察时间窗口预定义时间窗口，则3：如果HelloStart过期，则4：生成包含IDa、REa、Xa的HELLO分组Ya坐标5：广播HELLO数据包6：设置新的HelloList7：如果结束8：如果结束第九章：结束程序第十章：过程ReceiveHello（节点a，HELLO数据包）11：如果当前观察时间窗口预定义时间窗口，则12：如果来自新节点ID的HELLO分组，则13：提取IDa、REa、Xa、Ya、SNRa和LQIa并存储在NIT中14：其他自己的sink-neighbor属性值为true。类似地，偷听到源自信宿的1跳邻居的RREP分组的那些节点（32）将其sink-neighbor 1属性值设置为真。在将来的路径探索期间，sink-neighbor和sink-neighbor 1属性都用于避免sink节点处的HNP。此外，Node(26)将RREP分组中的干扰比特设置为1，并将该RREP分组转发到节点（20）。在偷听到RREP分组之后，（26）的1跳相邻节点将其状态改变为INTERFER。以相同的方式，其他中间节点（20）、（15）和（8）转发RREP分组，并且操作继续，直到RREP分组到达源节点。在探索了从源到汇的前瞻性路径之后，可能存在环路采用路径优化的方法消除预期路径中的环路，通过将冗余节点的状态变为FREE来释放冗余节点因此，从源到宿的第一路径被建立为（S）-（8）-（15）-（20）-（26）-（32）-（D）。为 了 发 现 第 二 路 径 ， 源 节 点 选 择 未 被 标 记 为 INTERFER 或OCCUPIED的转发节点 如图2所示，源节点的 1跳邻居（4）、（5）、（7）和（9）被标记为INTERFER，因此使用等式（1）：（6）源节点选择38S. Aswale，V.R.Ghorpade/ Journal of King Saud University图二.构建多条路由路径。并将Rbn转发到节点（2）。类似地，节点（2）计算其在信宿方向上的最优选转发节点（6）该操作在每个中间节点（2）、（6）、（11）、（19）和（24）处继续，为了避免HNP，节点（29）基于来自算法2的语句8和9来例如，从可用节点（33）和（36）中，TIGMR选择节点（33），因为它是信宿和节点（32）的1跳邻居，这避免了信宿节点处的HNP然而，节点（36）的选择可以在汇聚节点处触发HNP，在RREP分组到达之后，汇聚节点（D）向源节点发送RREP分组。利用算法2、3和4，TIGMR发现从源到宿的路径为（S）-（2）-（6）-（11）-（19）-（24）-（29）。- （33）-（D）.算法2.路径发现阶段的RouteRequest过程1：过程RouteRequest（节点a，宿节点，RREQ分组）2：如果节点a的1跳邻居-3：如果节点A的1跳邻居列表为空，则4：将节点a状态设置为BLOCK状态5：返回到上一个单跳节点6：其他7：对于（节点a的所有1跳邻居）8：if（IsSinkNeighbor（节点a的1跳邻居）&&！（IsSinkNeighbor1（节点a的1跳邻居））然后9：继续10：如果结束11：如果（节点a的1跳邻居-INTERFER||节点a的1跳邻居12：计算节点a的1跳邻居的链路成本使用等式（六）13：如果结束14：结束15：将RNTR分组发送到具有最低链路成本的1跳邻居16：在节点a17：将节点a状态设置为OCCUPIED状态19：其他20：向宿节点发送RREQ分组21：将节点a状态设置为OCCUPIED状态22：如果二十三：结束程序算法3.路径发现阶段的RouteReply过程1：过程RouteReply（节点b，源节点，RREP分组）2：如果节点b的1跳邻居来自预期的原始节点，路径-3：如果路径圆存在，则4：优化路径，通过将冗余节点的状态更改为FREE状态来5：更新节点b的路由表中的路由路径细节6：如果结束7：if（nodeb == sink-node优化路径数<1）然后8：设置宿邻居比特= 19：如果结束10：如果（节点b==来自预期路径的宿邻居的1跳邻居优化路径1）然后11：设置sink-neighbor 1-bit = 112：如果结束13：如果（节点b-宿节点||节点B-来自预期路径的宿邻居的1跳邻居），然后14：设置干扰位= 115：如果结束16：将RREP分组发送到节点b的优化的1跳邻居17：其他18：向源节点发送RREP分组二十：结束程序算法4.路径发现阶段1：过程OverhearRouteReply（节点b，源节点，RREP分组）2：从偷听到的数据中提取sink-neighbor-bit、sink-neighbor1- bit和interference-bit的值RREP分组3：如果宿邻居比特== 1，则4：设置sink-neighbor = true5：如果结束6：如果sink-neighbor 1-bit == 1，则7：设置sink-neighbor 1 = true8：如果结束9：如果干扰位== 1，则10：INTERFER = true11：如果结束十二：结束程序S. Aswale，V.R.Ghorpade/ Journal of King Saud University39×3.6. 路径维护阶段在路径发现阶段之后，源节点在多个路径上分发数据流量在特定的时间段之后，路径上的一个或多个中间节点的能量因此，其中一个节点可能完全耗尽其能量而成为DEAD节点。这种情况将破坏路径连通性，并且连续地，由源节点在该破坏路径上发送的所有分组将不能到达汇聚节点。由于源节点不知道这种情况，它将继续发送数据流量，这将降低路由协议的性能此外，当路径可能被断开时，应向源节点发送警报消息以指示断开的可能性TIGMR协议在路径维护阶段预先警告源节点并发起数据业务在另一条活动路径TIGMR路径维护阶段的过程在算法5中给出在将每个数据分组转发到下一个节点之后，中间或中继节点确定它们自己的剩余能量。如果节点自身的剩余能量小于截止能量，则相应的节点生成路由告警（RALERT）分组，并在相反方向上向源发送该分组例如，在时间t1，两条路径，即（S）-（8）-（15）-（20）-（26）-（32）-（D）和（S）-（2）-（6）-（11）-（19）-（24）-（29）-（33）-（D）是激活（参见图2）。假设在时间t2，节点（26）的剩余能量小于截止能量。因此，Node(26)生成RALERT分组并将其反向发送到前一节点（20）。该节点接收到的RALERT分组(20)被转发到节点（15）。该操作在每个中间节点（20）、（15）和（8）处继续，直到RALERT分组到达源节点（S）。在RALERT分组到达之后，源节点（S）从其路由表中删除该路由条目，并在可用的类似地，当任何中间节点的剩余能量变得小于截止能量时，对于第二有源路径遵循相同的过程。来自相同源-下一节点（8）或（2）的RALERT分组的连续到达被源节点丢弃在活动路径不可用的情况下，TIGMR发起路径发现过程以探索源和宿之间的新路径。算法5. 路径维护阶段一曰：程序队列或剩余能量（）2：如果OwnRemainingEnergy（）截止能量，则3：创建路由警报数据包4：SendRouteAlertMesg（前一节点、源节点、RALERT分组）5：如果结束第六章：结束程序7：过程ReceiveRouteAlertMesg（RALERT分组）8：如果该节点==源节点，则9：源下一节点=源的1跳邻居，源已从其接收到RALERT分组10：if EntryFoundIncubingTable（source-next-node，sink-node）then11：DeleteExcellingTableEntry（source-next-node，sink-node）12：if AnyActivePathsExist（source-node，sink-node）然后13：在可用的活动路径14：其他15：发现从源节点到汇聚节点的新路径算法5. （续）16：在新发现的一个或多个路径17：如果结束18：其他19：丢弃RouteAlertMesg（RALERT分组）20：如果21：其他22：ForwardRouteAlertMesg（前一节点，源节点，RALERT分组）23：如果结束24：结束程序4. 绩效评价在 本 节 中 ， 使 用 NetworkSimulator （ NS-2.35 ）（Issariyakuland Hossain，2011）评估了所提出的TIGMR协议的多路径性能，并与TPGF和LQRNN路由协议进行了比较所有的传感器节点都是固定的，随机部署在一个200米200米的传感区域。源节点位于该区域的（25，100）处，而汇聚节点位于该区域的（175，100）处。一个单一的恒定比特率（CBR）的数据流在64kbps之间的源和汇，它是在两个路径路由基于三角度量的非对称链路质量估计从50个HELLO分组的观测时间窗口。在拟议的TIGMR和LQRST协议，加权常数a、b和c被设置为0.6，0.2和0.2来优化QoS性能。模拟中使用的最重要的模拟参数和值总结在表1中。所有三个原型的性能评估分为两个场景。第一个评估路由性能没有MAC子层帧重传的网络规模为160，180，200，和220个节点，而第二sce nario评估路由性能与MAC子层帧重传的网络规模为160个节点。本节所述两种协议的性能评估基于针对两种情况分别进行的扩展模拟。4.1. 无帧重传在这种情况下，在多媒体数据传输期间，当发生传输失败时，不重传数据帧由源节点和中间节点执行即，IEEE 802.15.4 MAC子层中的帧重传被禁用。从随机种子生成总共40个随机网络拓扑表1模拟参数。模拟参数值模拟部署区域200 m×200 m节点数[160源数量/汇数量1/1无线电传播模型双射线地面MAC协议IEEE 802.15.4天线全向天线交通类型CBR发射功率0 dBm接收器灵敏度-97 dBm通道频率2.4 GHz有效载荷数据大小100字节初始能量50 J发射功耗62.04兆瓦接收功耗57.42兆瓦模拟时间600 s40S. Aswale，V.R.Ghorpade/ Journal of King Saud University网络大小的值为160、180、200和220个节点。进行了广泛的模拟，并分别对160，180，200和220个节点的每个网络大小的结果进行平均评估中使用的网络性能指标是PDR、端到端延迟、抖动、能耗和网络寿命。4.1.1. 分组投递率（PDR）PDR是评价可靠路由协议的最重要的网络性能指标。此度量给出了成功传递到信宿的数据包与源节点产生的数据包的比率。图3示出了TPGF、LQGR和TIGMR方案的平均PDR。观察到TIGMR的平均PDR几乎为93%，而TPGF和LQMR两者的平均PDR为75%。图4示出了由于干扰而由路径节点丢失的数据分组的总数。据观察，非常大量的数据分组被丢弃的TPGF和LQQRST相比，TIGMR。这是由于TPGF和LQRST发现的多条路径之间存在严重的路径间干扰效应。然而，TIGMR发现预期最小相邻路径干扰效应的多个路径。图 5示出了由于链路质量而由路径节点丢失的数据分组的总数。据观察，由于链路质量，TPGF丢弃。在TPGF中，路由决策是基于1跳邻居和sink之间的最短距离。因此，在路径探索期间，路径中的低质量或差质量链路无法避免。 图图5示出了由于链路质量，LQGW实现了比TPGF更少的数据分组丢弃，但是比TIGMR更高的数据分组丢弃。图5所示的LQMR和TIGMR的结果进一步得到了图5和图6所示结果的加强。六比八图6示出了220个节点的网络拓扑之一的LQI和PRR之间的相关性。据观察，LQI与PRR不相关。由于高方差，LQI度量不能准确地估计链路的质量，因此仅提供链路的