无线传感器网络AODV路由协议的实现

0引 言
无线传感器网络由具有感知能力、计算能力和通 信能力的大量微型传感器节点组成 [ 1 ] 。这些传感器 节点能够探测到周围环境的改变, 处理收集到的采测 数据, 并将处理后的数据以无线传输的方式送到数据 汇聚节点 ( sink node)或基站 ( base station )。为了节 省传输能量消耗, 传感器节点的传输距离一般为数米 至一百米。因此当远距离时, 传感器节点需要通过多 跳中继的方法将数据经由多个传感器节点组成的路 由传回汇聚节点或基站 [ 2] 。
当信息获取者需要收集无线传感器网络覆盖范 围内监测对象的感知信息时, 远程管理节点的查询信 息通过通信卫星或者 Internet等中继网络传输到数据 汇聚节点时, 数据汇聚节点通过多跳中继方式将远程 管理节点的查询信息传送给传感器网络中的传感器 节点。当传感器节点通信单元接收到该信号, 就通过 一系列的 放大、变频、滤波、A /D 变 换、自 动增 益控 制、数字解调和解扩最终恢复出传输的正确数据送到 处理单元, 处理单元中的处理器对恢复出的查询信息 数据进行判断, 判断该信息是否是针对当前传感器节 点的。若不是转发该信息。
问题 [ 7] 。
2. 4 应用层
应用层与具体的应用场合和环境密切有关, 针对 具体应用需求进行设计。应用层的主要任务是获取 数据并进行初步处理。以数据为中心和面向特定应 用的特点要求 W SN 能脱离传统网络的寻址过程, 快 速有效地组织起各个节点的信息并融合提取出有用 信息直接传送给用户。主要是在应用层上开发和使 用不同的应用层软件。无线传感器网络的应用支撑 服务包括: 时间同步和节点定位 [ 8] 。
线传感器网络的更优协议, 给出 AODV 的实现流程图。最后描述无线传感器网络通信实现过程。
关键词: 无线传感器网 络; 路由协议; AODV协议; 自发路由; 簇类
中图分类号: TN915. 9
文献标识码: A
Im p lem enta tion of AO DV Rou ting P rotocol for W ir eless Sensor N etw ork s
无线传感器网络与传统自组网络同为无固定基 础设施的网络, 但传统自组网络的许多现有协议以及 算法不能直接应用于无线传感器网络, 本文主要解决 无线传感器网络路由协议的实现算法。 AODV 协议 是一种适 用 于无 线 传感 器 网络 的 按 需路 由 协 议, NBEER P是 一种 层 次 型、基 于 协 商 机 制、采 用 集 中 式 与分布式相结合、维护多条路由、低功耗动态自适应 的按需路由协议。通过比较两种路由协议的特点, 最
网络层定义网络操作系统通信用的协议, 为信息 确定地址, 把逻辑地址和名字翻译成物理地址。它也 确定从源节点沿着网络到目标节点的路由选择, 并处 理业务流问题。设置网络层的主要目的就是要为数 据分组, 以最佳路径通过通信子网到达目的节点提供 服务, 网络用户不必关心网络的拓扑结构型和所使用 的通信 介 质。在 网 络 层, 主 要是 路 由 协议 的 设 计
图 2 源 节点路由发现流程图
图 3 中间节点 及目的节点路由发现流程图 ( 2) AODV路由维护。一旦一个 节点的下 一跳节 点变得 不可达, 这时它就要向利 用该损 坏链 路的活 跃上 游节 点发送
图 4 路由维护流程图
4 无线传感器网络节点通信过程
无线传感器网络的功能是协作的感知、采集和处 理网络覆盖范围内监测对象的信息, 并传送给信息获 取者。信息获取者将对探测信息进行观察、分析、挖 掘、制定决策, 甚至对监测对象采取相应的行动。
当远程管理节点接收到数据汇聚节点经由通信 卫星或者 Internet等中继网络传输的观测对象的探测 信息后, 信息获取者将对探测信息进行观察、分析、挖 掘、制定决策, 甚至对观测对象采取相应的行动。
5 结束语
本文所编写的程序是经过 OMNet仿真工具测试 通过的, 目前正在移植到 M ICA 2的节点中, 由于采用 T inyOS操作系统, 因此在移植编程中需要进 行一些
WANG Bin
( Gu ilin Univers ity of E lectronic Technology, Gu ilin 541004, Ch ina)
Ab stra ct: This paper expoundes the concept and structure ofWSN. It is certa in that AODV protocol is fit forW SN as we ll as an optim ized protocol by compar ing the routing protocol and routing im plem en tation ofW SN. The paper a lso presents the im plem enta2 tion flow chart ofAODV and m akes a description of the commun ica tion imp lementation process ofW SN. K ey w or ds: WSN(W ire less Sensor Ne twork) ; routing protoco;l AODV protoco;l spontaneous routing; c luster
我们设计的无线传感器监测系统, 目的是用于江 河的水质监测。传统的水质监测手段, 一般采用取样 化验的方式, 不具备实时性, 并且采样监测的范围相
收稿日期: 2007212224 作者简介: 王斌 ( 19712), 男, 广西桂林人, 桂林电子科技大学讲师, 研究方向: 现代检测技术及其自动化, 机电一体化。
2009年第 1期
王斌 : 无线传感器网络 AODV路由协议的实现
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工作。随着传感器技术、嵌入式计算技术、低功耗无 线通讯技术的飞速发展, 我们可预见其将广泛应用于 国防军事、工业控制、环境监测、交通管理等领域。
3 无线传感器网络层路由协议实现
图 1 无线传感器网络体系结构
2 无线传感器网络协议
2. 1 网络物理层
物理层研究主要涉及 W SN 采用的传输媒体、频 段选择以及调制方式。无线电传输是目前 W SN 采 用的主流传输方式。在频段选择方面, ISM 频段由于 免费和无需注册, 被人们普遍采用。在编码、调制算 法方面, 参考文献 [ 4]阐述了系统启动时间 ( warm up time)对调制能耗的影响。参考文献 [ 5]提出了一种 基于直序扩频 - 码分多路访问 ( DS2CDMA )的最小能 量编码算法, 通过降低多路访问冲突, 减少能量消耗。 2. 2 数据链路层
数据链路层用于建立可靠的点到点或点到多点 的通信链路, 主要 涉及介质 访问控 制 (MAC)协 议。 我们选用的伯克 利大学研 究机构的 成果 S2MAC 协 议 [ 6] , S2MAC是分布式的基于竞 争的 MAC 层 协议, 无须任何局部或全局主节点的调度便能让传感器节 点发现相邻节点, 并安排合理信道占用时间。它是一 种基于竞争的控制协议, 但加入了同步的功能。 2. 3 网络层
当检测的传感器节点发现意外情况出现时, 需要 把相关信息传送到汇聚节点, 从而实现数据的分析。 源节点需要和目的节点通信时, 如果在路由表中已经 存在了对应的路由时, AODV 就不会进行任何操作。 直接进行数据通信。当源节点需要和新的目的通信
时, 它就会发起路由发现过程, 通过广播 RREQ s信息 来查找相应 路由。当 这个 RREQs到 达目的节 点本 身, 或者是一个拥有足够新的到目的节点路由的中间 节点时, 路由就可以确定了。所谓 / 足够新 0就是通 过目的序列号来判断的。目的节点和中间节点通过 原路返回一个 RREPs信息来向源节点确定路由的可 用性。 AODV 使用了分布式的、基于路由表的路由方 式, 建立路由表项以后, 在路由中的每个节点都要执 行路由维持、管理路由表的任务, 在路由表中都需要 保持一个相 应的目的地址的路由 表项, 实现 逐跳转 发。在维护路由表的过程中, 当路由不再被使用时, 节点就会从路由表中删除相应的项。同时, 节点会监 视一个活动路由 ( act ive route, 有限跳的, 可用于数据 转发的路由表项 )中下一跳节点的状况。当发现有 链路断开的情况时, 就发出 RRER s消息通知其他节 点。在 RRERs消息中, 指明了由于断链而导致无法 到达的目的节点。每个 节点都保留了一个 / 前驱列
2009年第 1期 文章编号: 100622475( 2009) 0120086204
计算 机 与 现 代 化 JISUANJI YU XIANDA IHUA
无线传感器网络 AODV路由协议的实现
王斌
(桂林电子科 技大学, 广西 桂林 541004)
总第 161期
摘要: 阐述了无线传感 器网络的概念、组成。对无线传感器网 络路由协议 和路由实 现的比 较, 确 定 AODV协 议是适 合无
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计算机与现代化
2009年第 1期
表 0 ( precursor list)来帮助完成错误报告的功能, 这个 列表中保存了把自己作为到当前不可达节点的下一 跳的相邻 节点 (可以 通过 记 录 RREPs 很容 易的 获 得 )。
3. 2 AODV 协议实现
AODV路由协议分为两个主要部分: 路 由发现、 路由维护。
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对比较小, 难以实现有效的监测。使用传感器网络, 可把传感器网络节点人工布置在需要监测水域的范
围内, 实现大范围的实时采样监测, 在目前有很大的 应用前景。硬件上, 无线传感器节点使用的是 Cross2 Bow公司的 M ICA2节点。系统结构采用如图 1所示 的结构。
终确定 AODV协议具有比 NBEERP 协议更适用于无 线传感器网络的优点, 并给出 了 AODV 协议 实现的 流程图。最后对无线传感器网络传感器节点的通信 实现进行综合描述。
1 系统结构设计
根据不同的应用要求, 无线传感器网络 W SN 有 不同的体系结构。典型的无线传感器网络结构一般 由传感器节点、数据汇聚节点 ( sink)、中继网络和远 程管理节点组成。传感器节点负责在分布区域内对 感知对象进行探测并采集相关数据, 数据汇聚节点通 过多跳中继方式将传感器节点采集的数据进行汇聚 和融合或将远程管理节点的指令传送给传感器节点, 控制指令和探测数据通过通信卫星或 Internet等中继 网络在远程管理节点和数据汇聚节点之间传输。如 图 1所示。
3. 1 AODV 协议基本思想
AODV ( Ad H oc on2dem and distance2vector) 借用 了 DSR 中路由发现和路由维护的基础程序, 以及 DS2 DV 的逐跳 (H op2by2H op)路由、顺序编号和路由维护 阶段的周期更新 机制, AODV 通 过建立基于按需的 路由来减少路由广播的次数, AODV 的好处在于源路 由并不需要包括在每一个数据分组中, 这样会使路由 协议的开销有所降低。AODV 是一个纯粹的按需路 由系统, 那些不在路径内的节点不保存路由信息, 也 不参与路由表的交换。
( 1) AODV路由发现。路由发现有两部 分, 第一 部分是源 节点的路由发现, 当源节点需要发送数据 时, 需要 按如图 2所 示的流程进行工作。第二部分 是中间节点及目的节 点路由发 现, 按如图 3所示的流程进行工作。
未被请求的 RREP 分 组, 这个 RREP 分组 带有 一个 新的 序列 号 (即在已知的序列号上 加 1) , 并将 跳数 值设 置为 ] 。收到 这个 RREP 分组的节点再依次将该 RREP 分 组转发到 它们各 自的活跃邻居, 这个过程 持续到 所有 的与 损坏链 路有 关的活 跃源节点都被通 知到时为止。路由维护按如图 4 所示的流程 进行工作。