專利名稱：基于路由驗(yàn)證和rrep捕獲的大規(guī)模傳感器網(wǎng)絡(luò)路由方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN, Wireless Sensor Network)中路由協(xié)議，具體來講， 為了提高網(wǎng)絡(luò)的生存周期，必須在保持其他指標(biāo)性能無損失的前提下，設(shè)計(jì)一種路由協(xié)議減 少網(wǎng)絡(luò)的控制開銷，進(jìn)而降低總的能量消耗。
背景技術(shù)：
WSN是一種特殊的ad hoc網(wǎng)絡(luò)，廣泛應(yīng)用于入侵檢測、災(zāi)難輔助搶救、數(shù)據(jù)收集等方面。 WSN的顯著特點(diǎn)是其網(wǎng)內(nèi)節(jié)點(diǎn)可利用的資源受限，而直接影響其網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間的一個(gè)因素是 節(jié)點(diǎn)的能量有限，所以在減少能量消耗提高網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間方面，設(shè)計(jì)一種有效的路由協(xié)議成 為研究的熱點(diǎn)，適用于ad hoc網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議分類如表1所示。表1 Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議分類AdHoc路由協(xié)議平面式路由分層路由地理位置輔助路由ProactiveReactiveZRP HSR CGSR LA雇ARGeoCast LAR DREAM GPSRDSDV WRP FSRAODV DSR TORA總體來說有平面式路由、分層路由、地理位置輔助路由三類。平面式路由又根據(jù)協(xié)議獲取路由和維護(hù)路由的方式分為Proactive和Reactive即表驅(qū)動(dòng)路由和按需路由。分層路適用于分層網(wǎng)絡(luò)，即網(wǎng)絡(luò)按照某種算法分成若干個(gè)簇，每個(gè)簇選舉一個(gè)簇頭節(jié)點(diǎn)，用于轉(zhuǎn)發(fā)到另一個(gè)簇內(nèi)的數(shù)據(jù)，但是簇頭節(jié)點(diǎn)容易形成瓶頸，因?yàn)閃SN中節(jié)點(diǎn)的能量較少，若簇內(nèi)數(shù)據(jù)都轉(zhuǎn)向簇頭節(jié)點(diǎn)，容易造成簇頭節(jié)點(diǎn)的能量耗盡，簇頭節(jié)點(diǎn)的重新選舉又會(huì)耗盡更多的系統(tǒng)資源。 、地理位置輔助路由適用于可以獲得節(jié)點(diǎn)的地理位置信息的網(wǎng)絡(luò)，通過地理位置信息可以有效地降低路由算法中路由建立和維護(hù)的開銷，但對(duì)于功能簡單的傳感器節(jié)點(diǎn)來說獲取其他節(jié)點(diǎn)的地理位置信息，需要付出比較高的代價(jià)，所以地理位置輔助路由也不適合本發(fā)明中的傳感器網(wǎng)絡(luò)。平面式網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)都處于同一個(gè)層次上，即節(jié)點(diǎn)有大致相同的可用資源，這比較符合 WSN中的場景描述，但其中的表驅(qū)動(dòng)路由算法是通過周期性地廣播路由信息，使網(wǎng)內(nèi)節(jié)點(diǎn)都可以獲得到達(dá)其他所有節(jié)點(diǎn)的路由，這樣便產(chǎn)生大量的控制開銷。相反按需路由是在節(jié)點(diǎn)有 路由需求的時(shí)候才啟動(dòng)路由建立，雖然在得到路由之前經(jīng)歷一個(gè)比較大的時(shí)延，但可以大大 減少控制開銷。研究發(fā)現(xiàn)按需路由協(xié)議中的Ad hoc On-demand Distance Vector (AODV， Ad hoc按需距離 矢量)協(xié)議是一種比較簡單有效的協(xié)議，相比表驅(qū)動(dòng)式協(xié)議來說減少了頻繁交換路由信息的 事件數(shù)量，于是可以有效地減少節(jié)點(diǎn)能量的消耗。AODV協(xié)議的工作流程可以分為路由建立和路由維護(hù)階段。路由建立階段是通過源節(jié)點(diǎn) 發(fā)送路由請(qǐng)求分組即Route Request (RREQ)分組，目的節(jié)點(diǎn)或者中間節(jié)點(diǎn)回復(fù)路由響應(yīng)分 組即Route Reply (RREP)分組實(shí)現(xiàn)的，路由建立過程如圖1所示。中間節(jié)點(diǎn)回復(fù)RREP的 情形如圖2所示，節(jié)點(diǎn)B回復(fù)RREP的條件是它有到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)D的合法路由，并且其相應(yīng) 序列號(hào)與RREQ中包含的序列號(hào)相比更大或者至少相等。而在路由維護(hù)階段AODV協(xié)議采用的是HELLO機(jī)制，即節(jié)點(diǎn)間歇地發(fā)送HELLO分組 使鄰節(jié)點(diǎn)更新到本節(jié)點(diǎn)路由，同時(shí)本節(jié)點(diǎn)也會(huì)周期性地檢測最近是否收到過某個(gè)節(jié)點(diǎn)的分組， 若無，則判斷為該節(jié)點(diǎn)不可達(dá)，于是產(chǎn)生一個(gè)路由出錯(cuò)分組(RouteError),并轉(zhuǎn)發(fā)給上游節(jié) 點(diǎn)。發(fā)送HELLO分組示意圖如圖3所示。在路由維護(hù)方面AODV協(xié)議還推薦了另外一種方法鏈路層反饋機(jī)制，即AODV with Link Layer Feedback (AODV-LLF)。如果鏈路層協(xié)議支持信息反饋如IEEE 802.11，接收端收 到數(shù)據(jù)后會(huì)回復(fù)Acknowledgment (ACK)分組，接收端在收到Request To Send (RTS)分組 時(shí)也會(huì)回復(fù)一個(gè)Clear To Send (CTS)分組，發(fā)送端可以利用這些信息判斷接收端是否可達(dá)， 從而起到了與HELLO機(jī)制相同的作用，而且該機(jī)制無需產(chǎn)生額外的控制開銷，時(shí)延也比較 小，比HELLO機(jī)制更加有效?；贏ODV的改進(jìn)型協(xié)議AODVJr相比更簡單，在該協(xié)議中只有目的節(jié)點(diǎn)才能回復(fù) RREP，并對(duì)同樣的RREQ只回復(fù)一次，即路由建立選擇的是最快的路由。AODVj/協(xié)議刪除 了 HELLO機(jī)制，使得路由維護(hù)放在端到端進(jìn)行，即目的節(jié)點(diǎn)會(huì)周期性地向源節(jié)點(diǎn)發(fā)送連接 分組，以維護(hù)路由的連通性。如果端節(jié)點(diǎn)在一段時(shí)間內(nèi)沒有收到對(duì)方端節(jié)點(diǎn)任何分組，便認(rèn) 為路由發(fā)生了斷路，同時(shí)置該路由為非法。然而從根本上來說，AODV及其改進(jìn)型協(xié)議是為動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，其中路由維護(hù)消耗大量 的系統(tǒng)資源，比如AODV協(xié)議中HELLO機(jī)制，節(jié)點(diǎn)間歇性地發(fā)送HELLO分組維護(hù)到鄰節(jié) 點(diǎn)的路由，這些HELLO分組占用了大量的系統(tǒng)資源。所以基于動(dòng)態(tài)特征的路由協(xié)議不能直 接適用于該網(wǎng)絡(luò)。AODVJr協(xié)議雖然簡單，但是事件處理能力有所降低，比如路由維護(hù)在端 到端進(jìn)行、最快的路由不一定最節(jié)省能量等；而基于鏈路層反饋的AODV協(xié)議即AODV-LLF 協(xié)議，雖然可以避免HELLO機(jī)制，但是該協(xié)議對(duì)MAC層采用的協(xié)議又有很強(qiáng)的依賴性。因 此需要設(shè)計(jì)一種適合WSN的路由協(xié)議，以克服AODV協(xié)議的缺點(diǎn)，有效地減少能量消耗并 延長網(wǎng)絡(luò)生存周期。發(fā)明內(nèi)容基于當(dāng)前ad hoc網(wǎng)絡(luò)中的協(xié)議都是考慮節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性需求，使得協(xié)議必須付出部分資源 以動(dòng)態(tài)地維護(hù)網(wǎng)絡(luò)中的路由，而這不符合WSN中的場景，WSN中的節(jié)點(diǎn)一般都靜止，無需 消耗額外資源時(shí)刻檢測路由的連通性；再者，當(dāng)前基于AODV的路由協(xié)議在適用于靜態(tài)網(wǎng)絡(luò) 的研究很少，所以本發(fā)明的目的是在AODV協(xié)議的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)適合WSN的高能效的路由方 法。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案是在AODV的基礎(chǔ)上，依據(jù)WSN的網(wǎng)絡(luò)場景，提出一種新的路 由方法，即帶路由驗(yàn)證和RREP捕獲的大規(guī)模傳感器網(wǎng)絡(luò)路由方法，即AODV with Route Identification and RREP Capturing (AODV-RIRC)，路由的實(shí)現(xiàn)包括路由建立和路由維護(hù)兩個(gè)階 段(1) 路由建立階段用于當(dāng)源節(jié)點(diǎn)無緩存有到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的路由時(shí)，通過廣播以及轉(zhuǎn)發(fā) 路由請(qǐng)求RREQ分組，建立到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的路由；路由的建立是通過目的節(jié)點(diǎn)或者中間節(jié)點(diǎn)回 復(fù)路由響應(yīng)RREP分組，同時(shí)引入的路由響應(yīng)RREP捕獲機(jī)制實(shí)現(xiàn)，在路由建立過程降低網(wǎng)絡(luò) 負(fù)載，減少路由建立次數(shù)；(2) 路由維護(hù)階段用于節(jié)點(diǎn)維持同周圍鄰節(jié)點(diǎn)的連接，并在某個(gè)鄰節(jié)點(diǎn)不可達(dá)時(shí)及時(shí) 得到通知；采用路由驗(yàn)證機(jī)制驗(yàn)證路由的暢通性；采用了鏈路層反饋機(jī)制，根據(jù)鏈路層的反 饋信息進(jìn)行路由維護(hù)。本發(fā)明路由建立階段采用的RREP捕獲機(jī)制是在沒有額外消耗能量的條件下充分利用信 道上有用的分組并提取路由信息，即充分利用被Ad hoc按需距離矢量AODV協(xié)議過濾的分組 中的路由響應(yīng)信息RREP,提交給高層提取其中有用的路由信息，減少了路由建立的次數(shù)。本發(fā)明路由維護(hù)階段釆用的路由驗(yàn)證機(jī)制是在節(jié)點(diǎn)緩存的路由長時(shí)間沒有使用時(shí)，通過 向目的節(jié)點(diǎn)發(fā)送一個(gè)探針分組，并獲得目的節(jié)點(diǎn)的回復(fù)，以驗(yàn)證該條路由的暢通性，如果得 到回復(fù)則證明該條路由可用，避免廣播路由請(qǐng)求RREQ建立路由的過程；如果未得到回復(fù)則說 明路由中間出現(xiàn)鏈路斷開，需要啟動(dòng)路由建立過程；在驗(yàn)證過程中的探針分組是通過單播發(fā) 送，相比重新建立路由的路由請(qǐng)求RREQ廣播減少了很多網(wǎng)絡(luò)開銷。本發(fā)明路由維護(hù)階段采用的鏈路層的反饋機(jī)制替代了 AODV中的HELLO機(jī)制，通過MAC層 的ACK或者CTS短分組以較高的概率推測出節(jié)點(diǎn)是否可達(dá)，并將事件通知高層，從而在路由 表中做出相應(yīng)處理，根據(jù)鏈路層的反饋信息進(jìn)行路由維護(hù)，實(shí)現(xiàn)不消耗系統(tǒng)資源，極大地降 低能量消耗。本發(fā)明與現(xiàn)有的技術(shù)相比具有以下特點(diǎn)1、 本發(fā)明由于采用了路由驗(yàn)證機(jī)制和RREP捕獲機(jī)制，很大程度上減少了路由建立的次 數(shù)，從而減少了網(wǎng)絡(luò)中的控制分組數(shù)量，同時(shí)由于采用了鏈路層反饋的路由維護(hù)，減少了大 量的HELLO分組。2、 本發(fā)明通過RREP捕獲機(jī)制捕獲到相關(guān)路由，并通過多次更新使路由達(dá)到最優(yōu)，從而減少了消耗在路由建立過程中的能量；同時(shí)由于采用路由驗(yàn)證機(jī)制，只需單播探針分組，無 需每次都廣播RREQ分組建立路由，相比減少了路由分組的傳播，從而減少了能量消耗。3、本發(fā)明由于采用RREP捕獲機(jī)制，使得某些節(jié)點(diǎn)在發(fā)送數(shù)據(jù)之前無需建立路由，從而 使得平均的路由建立時(shí)間得到很大改善。


圖1 AODV協(xié)議路由建立示意2 AODV協(xié)議中間節(jié)點(diǎn)回復(fù)RREP示意3 AODV協(xié)議中HELLO分組發(fā)送示意4本發(fā)明的流程原理框5本發(fā)明sink節(jié)點(diǎn)有相同地址時(shí)的問題圖6本發(fā)明捕獲RREP分組示意7本發(fā)明與AODV-LLF和AODVJr協(xié)議仿真對(duì)比結(jié)果顯示示意圖，其中圖7(a)為總的 網(wǎng)絡(luò)開銷示意圖，圖7(b)為能量消耗示意圖，圖7(c)為路由建立時(shí)間示意圖，圖7(d)為平均 跳數(shù)示意圖，圖7(e)為分組投遞率示意圖具體實(shí)施方式
I .網(wǎng)絡(luò)環(huán)境假設(shè)(1) 節(jié)點(diǎn)在放置后一般是靜態(tài)的，即節(jié)點(diǎn)不移動(dòng)，來模擬現(xiàn)實(shí)中WSN用以收集周圍環(huán)境數(shù)據(jù)的場景。(2) 網(wǎng)絡(luò)中存在少數(shù)幾個(gè)能量充足的用于收集數(shù)據(jù)的匯聚節(jié)點(diǎn)sink， 一般均勻分布在網(wǎng) 絡(luò)中，傳感器節(jié)點(diǎn)只需將收集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)絪ink節(jié)點(diǎn)即可。(3) 不考慮從sink節(jié)點(diǎn)到傳感器節(jié)點(diǎn)的反向路由，當(dāng)數(shù)據(jù)收集作為首要目的時(shí)，該假 設(shè)也是合理的。II.路由設(shè)計(jì)如圖4所示，路由設(shè)計(jì)包括如下步驟(1) 節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)若無相關(guān)路由，則轉(zhuǎn)向(2)，否則轉(zhuǎn)向(3);(2) 本節(jié)點(diǎn)通過發(fā)送RREQ分組，并期待RREP回復(fù)，從而建立到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的路由， 同時(shí)本節(jié)點(diǎn)可通過RREP捕獲機(jī)制捕獲信道上的RREP分組，從而建立到達(dá)其中一個(gè)sink節(jié) 點(diǎn)的路由。建立路由后轉(zhuǎn)向O);(3) 進(jìn)行路由驗(yàn)證，即向目的節(jié)點(diǎn)發(fā)送一個(gè)探針分組，若收到目的節(jié)點(diǎn)的回復(fù)則轉(zhuǎn)向(4)，否則轉(zhuǎn)向(2);(4) 收到目的節(jié)點(diǎn)回復(fù)意味著該路由仍可使用，則可以用此路由轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)向(5);(5) 轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)過程中通過鏈路層反饋機(jī)制維護(hù)路由，若成功接收下一跳節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)分組 則轉(zhuǎn)向(6)，否則轉(zhuǎn)向(7);(6) 更新路由，并延長路由生存期；(7) 下一跳不可達(dá)，該路由已不可用，若仍有路由需求則轉(zhuǎn)向(2)，否則不予處理。 在圖4的流程中路由建立的具體實(shí)施方案為AODV-RIRC的路由建立基于原始AODV協(xié)議的方法，其差別在于該協(xié)議中的目的節(jié)點(diǎn) ID都是相同的，因?yàn)樗械腞REQ都是為了找到任何一個(gè)sink節(jié)點(diǎn)而產(chǎn)生。當(dāng)源節(jié)點(diǎn)有數(shù)據(jù) 發(fā)送，但是沒有可用路由時(shí)，便創(chuàng)建一個(gè)RREQ分組，并將其廣播給周圍鄰節(jié)點(diǎn)，周圍鄰節(jié) 點(diǎn)將其廣播出去，直至收到RREQ的節(jié)點(diǎn)為sink節(jié)點(diǎn)，或者該中間節(jié)點(diǎn)有到達(dá)一個(gè)sink節(jié)點(diǎn) 的合法路由。所有sink節(jié)點(diǎn)都有一個(gè)相同的ID，但并不意味著所有的sink節(jié)點(diǎn)有相同的地址，若所有 sink節(jié)點(diǎn)有相同的地址，則在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)出現(xiàn)混淆。如圖5所示，節(jié)點(diǎn)S建立了到達(dá)Dl的 路由，當(dāng)節(jié)點(diǎn)B將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給D1時(shí)，D2會(huì)同時(shí)收到該收據(jù)，并無法區(qū)分該數(shù)據(jù)是否發(fā)給自 己，于是出現(xiàn)了數(shù)據(jù)冗余傳輸。所以在本發(fā)明中給所有節(jié)點(diǎn)都分配不同的地址，但是sink節(jié) 點(diǎn)卻被分配相同的SINK—ID，用來標(biāo)識(shí)節(jié)點(diǎn)是否為sink節(jié)點(diǎn)。當(dāng)RREQ到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)或者某個(gè)合適的中間節(jié)點(diǎn)時(shí)，該節(jié)點(diǎn)進(jìn)行路由回復(fù)，即創(chuàng)建RREP 分組并將其沿著建立的反向路由傳遞到源節(jié)點(diǎn)。在原始AODV路由協(xié)議中建議在RREQ分組中可以設(shè)置Gratuitous標(biāo)志為true,當(dāng)中間 節(jié)點(diǎn)給源節(jié)點(diǎn)回復(fù)RREP時(shí)，同時(shí)會(huì)向目的節(jié)點(diǎn)回復(fù)一個(gè)類似的RREP，通知目的節(jié)點(diǎn)建立 到達(dá)源節(jié)點(diǎn)的相應(yīng)路由，以便反向數(shù)據(jù)的傳輸。但是按照假設(shè)不存在反向的從sink節(jié)點(diǎn)到傳 感器節(jié)點(diǎn)的反向業(yè)務(wù)，那么便可以設(shè)置Gratuitous標(biāo)志始終為false，這樣中間節(jié)點(diǎn)在回復(fù)RREP 之后不必再向目的節(jié)點(diǎn)發(fā)送相應(yīng)的RREP分組，減少了部分控制分組的傳播。在RREP傳遞過程中，不在傳遞路徑上的節(jié)點(diǎn)也可能收到RREP，但是按照AODV的過 濾機(jī)制，接收節(jié)點(diǎn)首先査看自己是不是分組中接收節(jié)點(diǎn)地址指示的節(jié)點(diǎn)，若是則將該分組接 收并提交給高層；否則丟棄。既然節(jié)點(diǎn)消耗了能量來檢査分組，那么可以充分利用這些消耗 的能量來提取有用的路由信息，比如若該分組是RREP分組，則節(jié)點(diǎn)將其收下，并提交給高 層提取其中有用的路由信息，這就是RREP捕獲機(jī)制。如圖6所示，節(jié)點(diǎn)D在回復(fù)了RREP 分組之后，中間節(jié)點(diǎn)A雖然不在轉(zhuǎn)發(fā)路徑上，但是在上游節(jié)點(diǎn)的發(fā)送范圍之內(nèi)，則可以捕獲 到該RREP分組，按照前面提示的RREP捕獲機(jī)制，節(jié)點(diǎn)A便可以獲知了到達(dá)節(jié)點(diǎn)D的路由， 在有數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)不必啟動(dòng)新的路由建立過程。同樣，節(jié)點(diǎn)B也可捕獲并提取到節(jié)點(diǎn)D的路由， 這里不再贅述。源節(jié)點(diǎn)在收到目的節(jié)點(diǎn)或者中間節(jié)點(diǎn)回復(fù)的多個(gè)RREP分組時(shí)，由源節(jié)點(diǎn)按照某個(gè)標(biāo)準(zhǔn) 選擇最優(yōu)的路由，比如在本發(fā)明中采用跳數(shù)最短的標(biāo)準(zhǔn)。路由建立之后，源節(jié)點(diǎn)便可將緩存的數(shù)據(jù)分組全部轉(zhuǎn)發(fā)出去。
在圖4中的路由維護(hù)過程的具體實(shí)施方案如下
在AODV協(xié)議中，HELLO分組用以周期性地發(fā)送來保持節(jié)點(diǎn)同周圍節(jié)點(diǎn)的聯(lián)系，初始 目的是當(dāng)某個(gè)鄰節(jié)點(diǎn)因移動(dòng)導(dǎo)致無法可達(dá)時(shí)，通過該機(jī)制使本節(jié)點(diǎn)獲知該事件，然而在及時(shí) 性和降低控制開銷之間存在一個(gè)折中，如果HELLO分組發(fā)送間隔比較小，則及時(shí)性比較好， 節(jié)點(diǎn)會(huì)很快檢測到不可達(dá)的節(jié)點(diǎn)，但是需要發(fā)送的HELLO分組比較多，造成很重的網(wǎng)絡(luò)負(fù) 載；當(dāng)HELLO分組發(fā)送間隔比較大時(shí)，產(chǎn)生的控制開銷比較小，但是節(jié)點(diǎn)在檢測到不可達(dá) 節(jié)點(diǎn)的延時(shí)比較大。
在AODV-LLF協(xié)議中，無需額外的開銷便可以及時(shí)地檢測到不可達(dá)的下一跳節(jié)點(diǎn)，比如 如果MAC層采用的協(xié)議是正EE 802.11，節(jié)點(diǎn)在發(fā)送一定數(shù)量的RTS后沒有收到任何下一跳 回復(fù)的CTS，或者節(jié)點(diǎn)重復(fù)發(fā)送數(shù)據(jù)N次后，沒有收到下一跳節(jié)點(diǎn)的ACK，則說明下一跳 節(jié)點(diǎn)不可達(dá)，這樣一方面節(jié)省了控制開銷，另一方面沒有降低時(shí)延性的要求。本發(fā)明中采用 了該原理，由于MAC層采用的協(xié)議是正EE 802.11，使其鏈路層的反饋可用，具體是在節(jié)點(diǎn) 發(fā)送四次RTS后沒有收到CTS，或者發(fā)送數(shù)據(jù)分組七次后沒有收到ACK,則判斷為下一跳 節(jié)點(diǎn)不可達(dá)，則通知網(wǎng)絡(luò)層該事件并修改相應(yīng)的路由表，將相應(yīng)的路由刪除，若成功接收到 鏈路狀態(tài)分組，則更新路由表中相關(guān)路由。
在路由維護(hù)過程中另外一個(gè)值得注意的是，節(jié)點(diǎn)沒有移動(dòng)性要求，這樣鏈路斷開的可能 性不大，于是我們可以將路由生存期標(biāo)識(shí)為很長，雖然可能會(huì)出現(xiàn)節(jié)點(diǎn)因?yàn)槟芰亢谋M導(dǎo)致的 鏈路斷開，但采用路由驗(yàn)證機(jī)制便可解決該問題。比如節(jié)點(diǎn)在一個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)沒有使用一個(gè) 相關(guān)的路由，而該路由仍然標(biāo)識(shí)為有效，當(dāng)節(jié)點(diǎn)需要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，則只需單播一個(gè)探針分組 到目的節(jié)點(diǎn)，如果從目的節(jié)點(diǎn)收到了相應(yīng)的回復(fù)，則說明該條路由仍然暢通，則節(jié)點(diǎn)無需啟 動(dòng)路由建立，直接將需要發(fā)送的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到下一跳節(jié)點(diǎn)；否則需要重新建立到達(dá)sink節(jié)點(diǎn)的 路由。
本發(fā)明與AODV-LLF和AODVJr協(xié)議的仿真結(jié)果對(duì)比分析如下
圖7是AODV-RIRC在AODV-LLF和AODVJr比較下的仿真曲線，從圖中可以看出 AODV-RIRC在網(wǎng)絡(luò)開銷、能量消耗和路由建立時(shí)間方面具有更好的性能。圖7(a)描述了三種 協(xié)議在總的網(wǎng)絡(luò)開銷方面的對(duì)比，很明顯AODV-RIRC優(yōu)于其他兩種協(xié)議，因?yàn)樵?AODV-RIRC中沒有向目的節(jié)點(diǎn)發(fā)送的免費(fèi)的RREP分組，并且通過路由驗(yàn)證機(jī)制和RREP 捕獲機(jī)制，協(xié)議進(jìn)一步控制了路由分組的傳播；圖7(b)對(duì)比了三種協(xié)議在能量消耗方面的不 同，因?yàn)锳ODV-RIRC產(chǎn)生更少的控制開銷，而且建立的路由接近最優(yōu)，所以AODV-RIRC 比較而言會(huì)消耗更少的能量；圖7(c)比較的是在平均路由建立時(shí)間方面的不同，AODV-RIRC 中的路由始終有效，最多只是對(duì)路由加以驗(yàn)證，而其他兩種協(xié)議在路由失效后需要重建路由， 再者AODV-RIRC中中間節(jié)點(diǎn)可以捕獲到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的路由，并通過多次捕獲和比較使路由 接近最優(yōu)，這樣某些節(jié)點(diǎn)便節(jié)省了在發(fā)送數(shù)據(jù)前建立路由的過程，所以平均路由建立時(shí)間相 比其他兩種協(xié)議更短；圖7(d)和圖7(e)表明AODV-RIRC在平均跳數(shù)和分組投遞率方面無性能損失，原因是AODV-RIRC協(xié)議繼承了 AODV的很多優(yōu)秀思想，事件處理的能力沒有降低。
權(quán)利要求
1、一種基于路由驗(yàn)證和RREP捕獲的大規(guī)模傳感器網(wǎng)絡(luò)路由方法，該路由方法繼承Ad hoc按需距離矢量AODV協(xié)議方法，路由的實(shí)現(xiàn)包括路由建立和路由維護(hù)兩個(gè)階段(1)路由建立階段用于當(dāng)源節(jié)點(diǎn)無緩存有到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的路由時(shí)，通過廣播以及轉(zhuǎn)發(fā)路由請(qǐng)求RREQ分組，建立到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的路由；通過目的節(jié)點(diǎn)或者中間節(jié)點(diǎn)回復(fù)路由響應(yīng)RREP分組，同時(shí)引入的路由響應(yīng)RREP捕獲機(jī)制建立路由，實(shí)現(xiàn)降低網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，減少路由建立次數(shù)；(2)路由維護(hù)階段用于節(jié)點(diǎn)維持同周圍鄰節(jié)點(diǎn)的連接，并在某個(gè)鄰節(jié)點(diǎn)不可達(dá)時(shí)及時(shí)得到通知；采用路由驗(yàn)證機(jī)制驗(yàn)證路由的暢通性；采用了鏈路層反饋機(jī)制，根據(jù)鏈路層的反饋信息進(jìn)行路由維護(hù)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于路由驗(yàn)證和RREP捕獲的大規(guī)模傳感器網(wǎng)絡(luò)路由方法，其 特征在于所述RREP捕獲機(jī)制是在沒有額外能量消耗的條件下充分利用信道上有用的分組并 提取路由信息，即充分利用被Ad hoc按需距離矢量A0DV協(xié)議過濾的分組中的路由響應(yīng)RREP， 提交給高層提取其中有用的路由信息，減少路由建立的次數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于路由驗(yàn)證和RREP捕獲的大規(guī)模傳感器網(wǎng)絡(luò)路由方法，其 特征在于所述路由驗(yàn)證機(jī)制是在節(jié)點(diǎn)緩存的路由長時(shí)間沒有使用時(shí)，通過向目的節(jié)點(diǎn)發(fā)送 一個(gè)探針分組，并獲得目的節(jié)點(diǎn)的回復(fù)，以驗(yàn)證該條路由的暢通性，如果得到回復(fù)則證明該 條路由可用，避免廣播路由請(qǐng)求RREQ建立路由的過程；如果未得到回復(fù)則說明路由中間出現(xiàn) 鏈路斷開，需要啟動(dòng)路由建立過程；在驗(yàn)證過程中的探針分組是通過單播發(fā)送，相比重新建 立路由的路由請(qǐng)求RREQ廣播減少了很多網(wǎng)絡(luò)開銷。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于路由驗(yàn)證和RREP捕獲的大規(guī)模傳感器網(wǎng)絡(luò)路由方法，其 特征在于所述鏈路層的反饋機(jī)制替代了 Ad hoc按需距離矢量協(xié)議AODV中的HELLO機(jī) 制，通過MAC層的ACK或者CTS短分組以較高的概率推測出節(jié)點(diǎn)是否可達(dá)，并將事件通知 高層，從而在路由表中做出相應(yīng)處理，根據(jù)鏈路層的反饋信息進(jìn)行路由維護(hù)，實(shí)現(xiàn)不消耗系 統(tǒng)資源，極大地降低能量消耗。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于路由驗(yàn)證和RREP捕獲的大規(guī)模傳感器網(wǎng)絡(luò)路由方法，其 特征在于路由建立過程中siiik節(jié)點(diǎn)會(huì)被分配相同的SINKJD，用來標(biāo)識(shí)節(jié)點(diǎn)是否為sink節(jié) 點(diǎn)，但所有節(jié)點(diǎn)都分配不同的地址，用以解決在路由建立后轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)時(shí)的混淆。
全文摘要
本發(fā)明涉及基于路由驗(yàn)證和RREP捕獲的大規(guī)模傳感器網(wǎng)絡(luò)路由方法，該路由方法的實(shí)現(xiàn)包括路由建立和路由維護(hù)兩個(gè)階段(1)路由建立階段是通過廣播以及轉(zhuǎn)發(fā)路由請(qǐng)求RREQ分組，建立到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的路由，同時(shí)引入的RREP捕獲機(jī)制實(shí)現(xiàn)，在路由建立過程降低網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，減少路由建立次數(shù)。(2)路由維護(hù)階段是用于節(jié)點(diǎn)維持同周圍鄰節(jié)點(diǎn)的連接，并在某個(gè)鄰節(jié)點(diǎn)不可達(dá)時(shí)及時(shí)得到通知，采用路由驗(yàn)證機(jī)制驗(yàn)證路由的暢通性；采用了鏈路層反饋機(jī)制，根據(jù)鏈路層的反饋信息進(jìn)行路由維護(hù)。本發(fā)明采用了路由驗(yàn)證機(jī)制和RREP捕獲機(jī)制，很大程度上減少了路由建立的次數(shù)，從而減少了網(wǎng)絡(luò)中的控制分組數(shù)量，同時(shí)由于采用了鏈路層反饋的路由維護(hù)，減少了大量的HELLO分組。
文檔編號(hào)H04W28/06GK101610549SQ20091002336
公開日2009年12月23日 申請(qǐng)日期2009年7月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月17日
發(fā)明者陽 張, 李建東, 李長樂, 蔡雪蓮, 郝彬彬, 丹 陳, 婷 陳 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)