無線傳感器網(wǎng)絡(luò)帶狀拓撲路由研究與應(yīng)用

2.2 路由維護
在帶狀的拓撲結(jié)構(gòu)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(luò)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(luò)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(luò)故障時路由的維護

鑒于帶狀拓撲結(jié)構(gòu)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(yīng)答方式，而采用點到點的應(yīng)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(yīng)答包，則重復(fù)發(fā)送一次，仍然沒有應(yīng)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(yīng)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(luò)。
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(gòu)在道路交通中的應(yīng)用與實踐
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)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(luò)拓撲結(jié)構(gòu)。道路交通中的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是帶狀網(wǎng)絡(luò)的典型應(yīng)用。在道路交通中，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)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(gòu)隨上層節(jié)點位置而變化；網(wǎng)絡(luò)關(guān)斷或增加某個節(jié)點，網(wǎng)絡(luò)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(luò)節(jié)點收到的信息在用戶終端復(fù)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)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(luò)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(luò)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(luò)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(yīng)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(yīng)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(luò)帶狀拓撲結(jié)構(gòu)的特殊性，提出分級網(wǎng)絡(luò)管理的方法，底層網(wǎng)絡(luò)采用無簇頭的分簇結(jié)構(gòu)，這樣對網(wǎng)絡(luò)的路由建立與維護都容易實現(xiàn)。對帶狀拓撲結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的研究，極大推動傳感網(wǎng)在道路交通中的應(yīng)用。改變目前道路信息采集手段單一的技術(shù)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(luò)在道路交通中的應(yīng)用，根據(jù)其特殊的帶狀拓撲結(jié)構(gòu)，將網(wǎng)絡(luò)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(yīng)用中表明，易實現(xiàn)，開銷小，容易維護。