一種基于工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)的路由和資源分配算法

4 仿真實驗及分析
仿真實驗在OMNet++平臺上進(jìn)行，拓?fù)洳捎?×8的Mesh結(jié)構(gòu)，64個節(jié)點中包含一個網(wǎng)絡(luò)管理者，負(fù)責(zé)全網(wǎng)絡(luò)通信資源的分配。實驗節(jié)點以中科院自主設(shè)計的GAINS-2節(jié)點為原型，該節(jié)點與Mica2節(jié)點兼容。節(jié)點的微控制器采用Atmega128L，射頻芯片采用CC1000。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議用Visual C++開發(fā)，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溆?ned文件生成。
在網(wǎng)絡(luò)正常監(jiān)控階段，當(dāng)用戶端有查詢?nèi)蝿?wù)時，查詢報文將沿著網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)傳播。圖6為模擬系統(tǒng)隨機生成的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟约?a class="contentlabel" href="http://www.104case.com/news/listbylabel/label/路由">路由協(xié)議建立的樹型結(jié)構(gòu)。查詢?nèi)蝿?wù)一般具有周期性，沿網(wǎng)絡(luò)的梯度方向傳播。

網(wǎng)絡(luò)維護(hù)代價、平均加入時延和平均傳輸時延是衡量路由協(xié)議和通信資源分配算法性能的一個重要指標(biāo)。仿真實驗結(jié)果如圖7所示，數(shù)據(jù)的傳輸時延與鏈路的質(zhì)量密切相關(guān)。
在仿真實驗中，保持監(jiān)控區(qū)域面積不變，改變網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的數(shù)目，為達(dá)到應(yīng)用要求，需要增加節(jié)點的射頻距離，則能耗代價與節(jié)點的數(shù)目密切相關(guān)。圖8為網(wǎng)絡(luò)能耗代價與節(jié)點數(shù)目之間的變化關(guān)系。

工業(yè)無線傳感器監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是無線網(wǎng)絡(luò)研究領(lǐng)域的一個新的研究方向。本文采用家族譜系的描述方法，提出了一種適用于復(fù)雜工業(yè)現(xiàn)場監(jiān)測的工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由和通信資源分配算法。這種通信資源分配算法采用分層、分時、分頻相結(jié)合的通信策略，充分利用了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特性，能夠有效提高無線網(wǎng)絡(luò)的通信效率。由于工業(yè)無線監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的工作環(huán)境具有多樣性，因此，未來的一個重要任務(wù)就是提高路由和通信資源分配算法的適應(yīng)性和可靠性，克服外界環(huán)境變化造成的影響。
參考文獻(xiàn)
[1] 孫利民，李建中，陳渝.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)[M].北京:清華大學(xué)出版社，2005.
[2] Industrial communication networks-fieldbus specifications-WIA-PA communication network and communication profile[EB/OL]. http://www.iec.ch，IEC/PAS65C/518/RVD. 2010.
[3] SHAH R C， RABAEY J M． Energy aware routing for low energy ad hoc sensor networks[C]． IEEE Wireless Communications and Networking Conference， IEEE， 2002(3):17-21．
[4] IITANAGONWIWAT C， GOVINDAN R， ESTRIN D. Directed diffusion: A scalable and robust communication paradigm for sensor networks[C]. The 6th Annual International Conference on Mobile Computing and Networks， Boston， MA. 2000(5):113-120.
[5] YU Y， GOVINDAN R， ESTRIN D. Geographical and energy aware routing: A recursive data dissemination protocol for wireless sensor networks[R]. UCLA Computer Science Department Technical Report UCLA/CSD-TR-01-0023. 2001(5):1132-1145.
[6] KARP B， KUNG H T. GPSR: Greedy perimeter stateless routing for wireless networks[C]. The 6th Annual International Conference on Mobile Computing and Networks， Boston， MA. 2000(5):6-11.
[7] RAO A， RATNASAMY S， PAPADIMITRIOU C. Geographic routing without location information[C]. The 9th Annual International Conference on Mobile Computing and Networks， San Diego， CA. 2003(9):96-108．