無線傳感器網(wǎng)絡帶狀拓撲路由研究與應用
路由建立的過程見圖2的流程圖。本文引用地址:http://m.ptau.cn/article/163924.htm
2.2 路由維護
在帶狀的拓撲結(jié)構里,同一簇內(nèi)鄰居節(jié)點有限,多數(shù)情況下只有左右兩個節(jié)點是其鄰居節(jié)點,如果某一節(jié)點由于能量耗盡,簇內(nèi)節(jié)點可能會斷開,將影響網(wǎng)絡的健壯性和可擴展性,如圖3,節(jié)點N4由于某種原因不再具有傳感器節(jié)點的功能,N4以右的節(jié)點按先前發(fā)現(xiàn)的路由無法將數(shù)據(jù)傳送至目的節(jié)點B,因此必須采取某種措施以維護網(wǎng)絡的連通性。節(jié)點同時擁有其它簇內(nèi)的鄰居節(jié)點,可以借助其它簇內(nèi)的節(jié)點續(xù)傳數(shù)據(jù)包。
圖3 網(wǎng)絡故障時路由的維護
鑒于帶狀拓撲結(jié)構的特殊性,數(shù)據(jù)報文在找到目的節(jié)點的方向(即路由)后,如“接力”的方式依次往下傳,所以不采用端到端的應答方式,而采用點到點的應答,這樣節(jié)點能夠知道下一節(jié)點的狀態(tài),發(fā)送數(shù)據(jù)包時,如果不能收到下一跳節(jié)點的應答包,則重復發(fā)送一次,仍然沒有應答情況下,即認為下一跳發(fā)生故障,立刻從鄰居鏈表中選擇其它簇內(nèi)的鄰居節(jié)點作為下一跳節(jié)點,由此簇節(jié)點負責傳送數(shù)據(jù)包。
在圖3中,N5以右的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)至N5后,由于N5沒有收到N4的應答, N5需要從鄰居鏈表中選擇其一作為下一跳,如果有簇內(nèi)其它鄰居節(jié)點(如N3也是N5鄰居),優(yōu)先選擇(注意避免路由環(huán)),如果沒有,選擇其它簇內(nèi)鄰居,圖中N5選擇M5,N5將數(shù)據(jù)包成功的交給簇M內(nèi)的成員,由簇M負責將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)至目的節(jié)點。此時N5路由表下一跳字段更改為M5,路由過期時間為鄰居節(jié)點M5的過期時間,直至N5再次收到同簇內(nèi)的節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)的RREQ更新路由。同時N5將N4的故障信息及時通知上層網(wǎng)絡。
路由維護的過程見圖4流程圖。
圖4 本地節(jié)點維護路由流程
3 帶狀拓撲結(jié)構在道路交通中的應用與實踐
無線傳感器網(wǎng)絡能夠?qū)崿F(xiàn)遠距離可靠的數(shù)據(jù)傳輸。傳感器節(jié)點自組成網(wǎng),快速形成相對穩(wěn)定的網(wǎng)絡拓撲結(jié)構。道路交通中的無線傳感器網(wǎng)絡是帶狀網(wǎng)絡的典型應用。在道路交通中,無線傳感器網(wǎng)絡具有以下功能:傳感數(shù)據(jù)迅速可靠地傳輸?shù)接脩艚K端;拓撲結(jié)構隨上層節(jié)點位置而變化;網(wǎng)絡關斷或增加某個節(jié)點,網(wǎng)絡的動態(tài)變化強;節(jié)點唯一編號,在上層部分匯總傳感信息;根據(jù)上層網(wǎng)絡節(jié)點收到的信息在用戶終端復現(xiàn)網(wǎng)絡拓撲結(jié)構的變化過程;
例如,沿道路兩旁布下傳感器節(jié)點,采集路面信息等,上層網(wǎng)絡可以是相互獨立的快速移動的汽車節(jié)點,汽車可以根據(jù)需要接收底層網(wǎng)絡傳來的信息,這樣汽車可以及時準確的知道前后路面的狀況。汽車可以將信息通過更高層的網(wǎng)絡傳到交通控制空心。
項目中,射頻芯片選擇CC1100,頻率選擇433MHz,最大有效射程調(diào)為150米左右。處理器選擇LPC2210,操作系統(tǒng)移植代碼公開的μC/OSⅡ.同時,由于項目的特殊應用環(huán)境,來自汽車的噪聲影響嚴重,必須嚴格控制數(shù)據(jù)包的正確性。應用實踐表明,本方案路由協(xié)議簡單容易實現(xiàn)且路由開銷小。
4 總結(jié)
針對無線傳感器網(wǎng)絡帶狀拓撲結(jié)構的特殊性,提出分級網(wǎng)絡管理的方法,底層網(wǎng)絡采用無簇頭的分簇結(jié)構,這樣對網(wǎng)絡的路由建立與維護都容易實現(xiàn)。對帶狀拓撲結(jié)構的網(wǎng)絡路由協(xié)議的研究,極大推動傳感網(wǎng)在道路交通中的應用。改變目前道路信息采集手段單一的技術手段。通過傳感網(wǎng)采集的多元交通信息的數(shù)據(jù)融合處理,提高道路交通信息的準確性、可靠性。
本文作者創(chuàng)新點,針對無線傳感器網(wǎng)絡在道路交通中的應用,根據(jù)其特殊的帶狀拓撲結(jié)構,將網(wǎng)絡分為兩級,提出無簇頭的易實現(xiàn)的分簇路由協(xié)議,即由上層移動節(jié)點建立路由、底層節(jié)點維護路由的機制。該路由協(xié)議在道路交通應用中表明,易實現(xiàn),開銷小,容易維護。
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