無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )帶狀拓撲路由研究與應用

2.2 路由維護
在帶狀的拓撲結構里，同一簇內鄰居節點(diǎn)有限，多數情況下只有左右兩個(gè)節點(diǎn)是其鄰居節點(diǎn)，如果某一節點(diǎn)由于能量耗盡，簇內節點(diǎn)可能會(huì )斷開(kāi)，將影響網(wǎng)絡(luò )的健壯性和可擴展性，如圖3，節點(diǎn)N4由于某種原因不再具有傳感器節點(diǎn)的功能，N4以右的節點(diǎn)按先前發(fā)現的路由無(wú)法將數據傳送至目的節點(diǎn)B，因此必須采取某種措施以維護網(wǎng)絡(luò )的連通性。節點(diǎn)同時(shí)擁有其它簇內的鄰居節點(diǎn)，可以借助其它簇內的節點(diǎn)續傳數據包。

圖3 網(wǎng)絡(luò )故障時(shí)路由的維護

鑒于帶狀拓撲結構的特殊性，數據報文在找到目的節點(diǎn)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答方式，而采用點(diǎn)到點(diǎn)的應答，這樣節點(diǎn)能夠知道下一節點(diǎn)的狀態(tài)，發(fā)送數據包時(shí)，如果不能收到下一跳節點(diǎn)的應答包，則重復發(fā)送一次，仍然沒(méi)有應答情況下，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的鄰居節點(diǎn)作為下一跳節點(diǎn)，由此簇節點(diǎn)負責傳送數據包。

在圖3中，N5以右的數據包轉發(fā)至N5后，由于N5沒(méi)有收到N4的應答， N5需要從鄰居鏈表中選擇其一作為下一跳，如果有簇內其它鄰居節點(diǎn)（如N3也是N5鄰居），優(yōu)先選擇（注意避免路由環(huán)），如果沒(méi)有，選擇其它簇內鄰居，圖中N5選擇M5，N5將數據包成功的交給簇M內的成員，由簇M負責將數據包轉發(fā)至目的節點(diǎn)。此時(shí)N5路由表下一跳字段更改為M5，路由過(guò)期時(shí)間為鄰居節點(diǎn)M5的過(guò)期時(shí)間，直至N5再次收到同簇內的節點(diǎn)轉發(fā)的RREQ更新路由。同時(shí)N5將N4的故障信息及時(shí)通知上層網(wǎng)絡(luò )。
路由維護的過(guò)程見(jiàn)圖4流程圖。

圖4 本地節點(diǎn)維護路由流程

3 帶狀拓撲結構在道路交通中的應用與實(shí)踐
無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )能夠實(shí)現遠距離可靠的數據傳輸。傳感器節點(diǎn)自組成網(wǎng)，快速形成相對穩定的網(wǎng)絡(luò )拓撲結構。道路交通中的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )是帶狀網(wǎng)絡(luò )的典型應用。在道路交通中，無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )具有以下功能：傳感數據迅速可靠地傳輸到用戶(hù)終端；拓撲結構隨上層節點(diǎn)位置而變化；網(wǎng)絡(luò )關(guān)斷或增加某個(gè)節點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò )的動(dòng)態(tài)變化強；節點(diǎn)唯一編號，在上層部分匯總傳感信息；根據上層網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)收到的信息在用戶(hù)終端復現網(wǎng)絡(luò )拓撲結構的變化過(guò)程；
例如，沿道路兩旁布下傳感器節點(diǎn)，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(dòng)的汽車(chē)節點(diǎn)，汽車(chē)可以根據需要接收底層網(wǎng)絡(luò )傳來(lái)的信息，這樣汽車(chē)可以及時(shí)準確的知道前后路面的狀況。汽車(chē)可以將信息通過(guò)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，最大有效射程調為150米左右。處理器選擇LPC2210，操作系統移植代碼公開(kāi)的μC/OSⅡ.同時(shí)，由于項目的特殊應用環(huán)境，來(lái)自汽車(chē)的噪聲影響嚴重，必須嚴格控制數據包的正確性。應用實(shí)踐表明，本方案路由協(xié)議簡(jiǎn)單容易實(shí)現且路由開(kāi)銷(xiāo)小。

4 總結
針對無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )帶狀拓撲結構的特殊性，提出分級網(wǎng)絡(luò )管理的方法，底層網(wǎng)絡(luò )采用無(wú)簇頭的分簇結構，這樣對網(wǎng)絡(luò )的路由建立與維護都容易實(shí)現。對帶狀拓撲結構的網(wǎng)絡(luò )路由協(xié)議的研究，極大推動(dòng)傳感網(wǎng)在道路交通中的應用。改變目前道路信息采集手段單一的技術(shù)手段。通過(guò)傳感網(wǎng)采集的多元交通信息的數據融合處理，提高道路交通信息的準確性、可靠性。

本文作者創(chuàng )新點(diǎn)，針對無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )在道路交通中的應用，根據其特殊的帶狀拓撲結構，將網(wǎng)絡(luò )分為兩級，提出無(wú)簇頭的易實(shí)現的分簇路由協(xié)議，即由上層移動(dòng)節點(diǎn)建立路由、底層節點(diǎn)維護路由的機制。該路由協(xié)議在道路交通應用中表明，易實(shí)現，開(kāi)銷(xiāo)小，容易維護。