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摘 要： 摘要：充分利用AODVjr算法中的命令選項的保留字，取保留字第0位控制路由的方向性，該位為1表示向該節(jié)點的子節(jié)點方向傳輸，該位為0表示目的地不在該節(jié)點的子節(jié)點范圍內(nèi)。經(jīng)過omnet++4.1仿真，證實了改進后的AODVjr算法提高了ZigBee網(wǎng)絡(luò)的通信效率。 1 AODVjr
摘要：充分利用AODVjr算法中的命令選項的保留字，取保留字第0位控制路由的方向性，該位為1表示向該節(jié)點的子節(jié)點方向傳輸，該位為0表示目的地不在該節(jié)點的子節(jié)點范圍內(nèi)。經(jīng)過omnet++4.1仿真，證實了改進后的AODVjr算法提高了ZigBee網(wǎng)絡(luò)的通信效率。
1 AODVjr路由思想
AODVjr是在AODV的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，是AODV算法的簡化，其思想[4-6]如下。
⑴ AODVjr規(guī)定只能是目標節(jié)點對最先到達的RREQ信號做出響應(yīng)，保證路由無環(huán)路，AODVjr中沒有使用目的節(jié)點序列號。
⑵ AODVjr規(guī)定RERR(Route Error)僅轉(zhuǎn)發(fā)給傳輸失敗的數(shù)據(jù)包的源節(jié)點。
⑶ 在數(shù)據(jù)傳輸中如果發(fā)生鏈路中斷，AODVjr采用本地修復(fù)，在路由修復(fù)的過程中，僅允許目的節(jié)點回復(fù)RREP。如果本地修復(fù)失敗，則發(fā)送RERR到數(shù)據(jù)包的源節(jié)點，通知它由于鏈路中斷而引起目的節(jié)點不可達。RERR的格式也被簡化至僅包含一個不可達的目的節(jié)點。
⑷ AODVjr由目的節(jié)點定期向源節(jié)點發(fā)送KEEP ALIVE連接信息來維持路由。當源節(jié)點在一段時間內(nèi)沒有收到目的節(jié)點發(fā)來的KEEP ALIVE信號時，它認為此條路徑失效，必要時重新進行路由發(fā)現(xiàn)。
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如圖1所示，當rfd[0]設(shè)備要發(fā)送數(shù)據(jù)給ffd[0]，rfd[0]先把數(shù)據(jù)發(fā)送給具有路由功能的父節(jié)點ffd[5]，ffd[5]查找自身路由表，如果沒有發(fā)現(xiàn)到一條到ffd[0]的有效路徑，于是就發(fā)起路由發(fā)現(xiàn)過程，構(gòu)建并洪泛RREQ包。ffd[0]選擇最先到達的RREQ包的傳送路徑ffd[5]-ffd[2]-zc-ffd[0]，并返回RREP信息，ffd[5]收到ffd[0]發(fā)來的RREP信號，建立路由路徑，ffd[5]就會按這條路徑來發(fā)送緩存的數(shù)據(jù)。同時ffd[0]定期發(fā)送KEEP_ALIVE包，以維護路由信息。
2 AODVjr路由存在的問題
AODVjr算法具有靈活的路徑查找功能，其按需產(chǎn)生路由路徑的方式提高了協(xié)議效率，能快速適應(yīng)動態(tài)鏈路環(huán)境，并可支持多播功能。但ZigBee網(wǎng)絡(luò)中的AODVjr路由算法容易引起RREQ廣播風(fēng)暴并耗費資源。另外，AODVjr屬于后應(yīng)式的按需Ad hoe網(wǎng)絡(luò)，不會周期性地更新自己的路由信息，只有在需要通信時，才發(fā)起路由查找過程。在ZigBee網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)里，節(jié)點會移動或者休眠，因此對路由查找使用比較頻繁。為了達到節(jié)能且降低通信復(fù)雜度的目的，本文對AODVjr算法進行了改進，針對廣播風(fēng)暴，采用網(wǎng)絡(luò)命令傳輸?shù)姆较蛑笇?dǎo)性，減少信息傳輸?shù)拇螖?shù)。
3 改進算法設(shè)計
在AODVjr中里，路由請求命令幀用來發(fā)起一個路由發(fā)現(xiàn)過程，路由應(yīng)答命令用來返回路由信息，它們的載荷部分的第二個字節(jié)命令選項中，低7位保留，為此在改進的AODVjr中，可以充分利用這些保留位，改進后的命令選項如表1所示。
命令傳輸方向位為1表示向該節(jié)點的子節(jié)點方向傳輸，該位為0表示目的地不在該節(jié)點的子節(jié)點范圍內(nèi)，應(yīng)該向該節(jié)點的父節(jié)點傳輸。命令傳輸方向主要是控制命令傳輸?shù)拇笾路较颍苊獍l(fā)生廣播風(fēng)暴，其算法流程圖如圖2所示。
4 算法分析和仿真結(jié)果分析
根據(jù)ZigBee中網(wǎng)狀路由AODVjr算法和改進的AODVjr算法思想，采用OMNET++4.1分別進行了模擬，其網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。在同一種網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)下，所有的運行環(huán)境和參數(shù)都相同，利用原始AODVjr和改進的AODVjr算法，在相同的時間里，對RFD節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)包數(shù)量、消息經(jīng)過的跳數(shù)以及FFD節(jié)點能量變化進行統(tǒng)計，得到的結(jié)果如圖3、圖4、圖5所示。
圖3上表示在AODVjr算法下，各個RFD節(jié)點收到的數(shù)據(jù)包的數(shù)量，圖3下表示在改進的AODVjr算法下，各個RFD節(jié)點收到的數(shù)據(jù)包的數(shù)量。從圖3中可以看出，改進的AODVjr算法在相同的時間里，傳送的數(shù)據(jù)包的量比原始AODVjr算法要大得多，這說明改進后的AODVjr算法提高了通信效率。
圖4上表示在AODVjr算法下，各個RFD節(jié)點上消息跳數(shù)，圖4下表示在改進的AODVjr算法下，各個RFD節(jié)點上消息跳數(shù)。從圖4中可以看出，改進的AODVjr算法在相同的時間里，RFD上統(tǒng)計的跳數(shù)的次數(shù)比原始AODVjr多很多，這一點與圖3的仿真結(jié)果是一致的。另外，從圖4可以看出，下圖的跳數(shù)比較穩(wěn)定，變化的幅度沒有上圖大，而且上圖的節(jié)點上消息的跳數(shù)大都在10跳以上，下圖最多只有6.0跳。這說明改進后的AODVjr算法減少了跳數(shù)。
圖5上是原始AODVjr中FFD節(jié)點和中心協(xié)調(diào)器能量變化圖，圖5下是改進AODVjr中FFD節(jié)點和中心協(xié)調(diào)器能量變化圖。起初中心協(xié)調(diào)器能量為30000，F(xiàn)FD節(jié)點為20000，黃色和綠色曲線分別表示FFD[1]和FFD[6]，從圖1可以看出，RFD[3]與其他節(jié)點通信時，都必須過這兩個FFD節(jié)點，由于改進的AODVjr加入了方向控制，為此，這兩個節(jié)點的能量耗費比沒有改進的AODVjr要快很多。藍色曲線表示FFD[3]節(jié)點能量變化，從圖1可以看出FFD[3]節(jié)點只有RFD[1]節(jié)點發(fā)生數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)時需要用到，而從圖3可以看出改進AODVjr中RFD收發(fā)數(shù)據(jù)量都比原始AODVjr中RFD收發(fā)數(shù)據(jù)量多，由于原始AODVjr沒有進行數(shù)據(jù)包傳輸方向控制，在查找路由時使用了廣播，為此，在原始AODVjr中FFD[3]能量耗費比改進AODVjr中FFD[3]能量耗費快。
5 結(jié)束語
針對AODVjr算法思想以及網(wǎng)絡(luò)命令幀的格式，本文提出了一種改進的AODVjr算法，充分利用AODVjr算法中的命令選項的保留字，進行路由的傳輸?shù)姆较蚩刂疲苊鈴V播風(fēng)暴，降低了跳數(shù)，節(jié)約了能量。經(jīng)過omnet++4.1仿真，證實改進之后的AODVjr算法提高了ZigBee網(wǎng)絡(luò)的通信效率。
