適合無線傳感器網(wǎng)絡的路由算法MSAODV

引言
隨著通信技術、嵌入式計算技術和傳感器技術的飛速發(fā)展和日益成熟,具有感知能力、計算能力和通信能力的微型傳感器開始在世界范圍內(nèi)出現(xiàn)。由這些微型傳感器構成的傳感器網(wǎng)絡引起了人們的極大關注。這種傳感器網(wǎng)絡綜合了傳感器技術、嵌入式計算技術、分布式信息處理技術和通信技術,能夠協(xié)作地實時監(jiān)測、感知和采集網(wǎng)絡分布區(qū)域內(nèi)的各種環(huán)境或監(jiān)測對象的信息,并對這些信息進行處理,獲得詳盡而準確的信息,傳送到需要這些信息的用戶。本文在AODV路由協(xié)議的基礎上,提出了一種全新的路由協(xié)議―MSAODV協(xié)議,這種路由算法適合在微型無線傳感器網(wǎng)絡上使用。
2 MSAODV路由算法的基本思想與算法原理
2.1 路由算法的基本思想
在研究了AODV路由協(xié)議之后,本文提出了一種全新的路由算法,這種路由算法適合在微型無線傳感器網(wǎng)絡上使用,又由于是基于AODV路由協(xié)議之上,故稱之為MSAODV(Micro- Sensor Ad-hoc On-Demand Distance Vector Algorithm)路由協(xié)議。
無線傳感器網(wǎng)絡與傳統(tǒng)無線移動網(wǎng)絡有區(qū)別,無線傳感器網(wǎng)絡最關心的是整個網(wǎng)絡的成存周期,而傳統(tǒng)無線移動網(wǎng)主要關心的是網(wǎng)絡拓撲變化情況下可靠傳輸質量。微型無線傳感器網(wǎng)絡中的節(jié)點具有體積小,功耗小,通信距離短等特點,他們應用的場合非常廣泛,像戰(zhàn)場敵方信息采集,森林火災監(jiān)控等,這些場合往往是一些無人區(qū),傳感器節(jié)點拋撒到這些地方再回收的可能性非常小,所以節(jié)點的功耗決定了他的使用時間。針對這些特點,MSAODV路由算法采用了按需查詢方式,他簡單實用,易于擴充,協(xié)議開銷小,應用了這種路由算法傳感器節(jié)點大部分時間都可以處在睡眠狀態(tài),這樣就延長了節(jié)點的使用時間,適合無線傳感器網(wǎng)絡的使用環(huán)境。
2.2 MSAODV路由算法原理
MSAODV路由協(xié)議算法是在AODV路由協(xié)議的基礎上改進演化而來的,他繼承了AODV路由算法的許多特點,但是又與AODV路由協(xié)議算法有所不同。無線傳感器網(wǎng)絡的體系結構將有助于設計MSAODV路由協(xié)議算法,圖1顯示了無線傳感器網(wǎng)絡的體系結構。
MSAODV路由算法同樣假設網(wǎng)絡中的所有鏈路都是雙向對稱的,即某個源節(jié)點通過一條路由可以到達無線網(wǎng)絡中的某個目的節(jié)點時,該目的節(jié)點同樣也可以通過這條路由的反向路由回到源節(jié)點。MSAODV路由協(xié)議同樣是一種按需的距離向量路由協(xié)議,具有按需路由協(xié)議的特點,網(wǎng)絡中的每個節(jié)點在需要進行通信時才發(fā)送路由分組,而不會周期性地交互路由信息以得到所有其它主機的路由:同時具有距離向量路由協(xié)議的一些特點,即各節(jié)點路由表只維護本節(jié)點到其他節(jié)點的路由,而無須掌握全網(wǎng)拓撲結構。

圖1 無線傳感器網(wǎng)絡體系結構
MSAODV路由協(xié)議中只有兩種類型的消息控制幀:路由請求RREQ和路由應答RREP。和AODV路由協(xié)議一樣,當源節(jié)點需要發(fā)送數(shù)據(jù)而又沒有到目的節(jié)點的有效路由時,啟動一個路由發(fā)現(xiàn)過程:向網(wǎng)絡廣播一個路由請求包RREQ,中間節(jié)點轉發(fā)該路由請求,收到請求的目的節(jié)點以單播的方式向源節(jié)點返回一個RREP包,RREP沿著剛建立的逆向路徑傳輸回源節(jié)點,源節(jié)點收到該RREP包后則開始向對應目的節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)。在路由請求包的正向傳播過程中,網(wǎng)絡中能收到該路由請求的節(jié)點都建立起了到源節(jié)點的反向路由,當目的節(jié)點收到路由請求而回送路由應答時,逆向路徑上的節(jié)點又建立了前向路由。整個MSAODV路由發(fā)現(xiàn)過程如圖2所示,a圖表示的是反向路由的建立過程,節(jié)點S需要和節(jié)點D通信,但是他沒有節(jié)點D的路由,所以節(jié)點S發(fā)起到節(jié)點D的路由請求,節(jié)點S廣播一個路由請求包,收到路由請求包的節(jié)點轉發(fā)節(jié)點S的請求,最終節(jié)點D收到了節(jié)點S的路由請求包,這個過程建立了節(jié)點S到節(jié)點D的反向路由;b圖表示的是由節(jié)點S到節(jié)點D前向路由的建立過程,當節(jié)點D收到節(jié)點S的路由請求包后,他要給節(jié)點S回送一個路由應答包,順著剛才建立的反向路由,應答包最終被節(jié)點S成功接收,在此過程中節(jié)點S又建立了到節(jié)點D的前向路由。

圖2 MSAODV路由建立過程