数事本与变用
通信技术
无线传感器网络路由协议的研究与改进
齐玥李红信魏瑶
(兰州大学甘肃兰州730000)
摘要：本文对无线传感器网络中广泛使用的RPL路由协议遗行了深入的分析研究,指出其使用单一的链路质量作为路由度量标准存在的问题。通过引入能耗模型，计算节点的电量消耗情况,并与链路质量加权结合,提出了一种能量感知路由度量标准。使得传感器节点在进行路由选择时不仅能够兼顾链路质量，同时能够避免个别节点负载过重的同题,在节点之间取得了能耗情况的相对平衡。
关键词：无线传感器网络路由协议能耗路由度量标准
中图分类号：TN929
文献标识码:A
随着IP技术与无线传感器网络的结合，运行IP协议的传感器节点具备了与互联网中的IP设备实现端到端通信的可能。RPL协议是无线传感器网络中广泛使用的IP路由协议，RPL使用单一的链路质量作为路由度量标准，无法兼顾节点能耗。本文提出了一种兼顾链路质量与节点电量消耗情况的路由度量标准，使得节点在选择默认路由的过程中能够综合考虑链路质量与节点能耗，剩余电量较少的节点被选为默认路由节点的可能性大大降低，从而延长了网络的生命周期。
1RPL路由协议
1.1RPL简介
RPL路由协议是一个基于IPv6的距离失量路由协议。它通过目标函数(ObjectiveFunction，OF)和路由度量标准(Metric)建立一个目标导向的有向无环图DODAG作为网络的拓扑结构，每个 DODAG中的节点(根节点除外)会选择一个父节点作为沿着 DODAG指向根节点的默认路由，
RPL协议定义了DIS,DIO、DAO等控制消息用于拓扑的建立和维护，RPL支持节点在向上(子节点指向根节点)以及向下(根节点指向子节点两个方向进行数据路由。
1.2RPL路由的构建过程
拓扑的构建由根节点发起。根节点启动后会向周围广播DIO消息，其中包括了该网络的有关信息，非根节点也会通过DIS消息请求 DIO消息。当节点收到DIO消息后，会根据消息中携带的参数对自身信息进行配置，使用目标函数选择父节点，加人DODAG并建立一条向上的路由，之后，加人DODAG的节点根据自身信息创建自已的 DIO消息并向周围节点发送，随着DIO消息从根节点开始的不断扩散，区域中所有节点得以加人DODAG。
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节点平约能耗--使用ETX
节点序号
图1使用ETX时子节点的平均能耗
文章编号:1007-9416(2016)04-0027-02
子节点接收DIO并加入DODAG的过程中，通过向父节点发送 DAO消息完成向下路由的构建。根据RPL协议，向下路由分为存储模式和非存储模式。在存储模式下，向下路由的信息分布在每个父节点的路由表中，而在非存储模式下，只有根节点存储到所有子节点的向下路由信息。
2RPL协议的改进与仿真分析
2.1RPL协议存在的问题
RPL协议广泛使用表征链路质量的期望传输次数ETX(ExpectedTransmission count)作为路由度量标准。ETX主要衡量的是成功传输一个数据包所需要的平均传输次数。显然，ETX越小，表明链路质量越好。在默认路由的选择过程中由于子节点分布的原因，会造成某些节点的负载过重，电量消耗过快，而ETX无法反应节点电量消耗的情况，路由协议不能对拓扑结构做出调整以减少这些节点的负载。随着负载过重节点电量的耗尽，网络生命周期也宜告结束。
2.2路由度量标准的改进
首先引人节点能耗的计算公式
E = Pe · T. + Peu · T + P, · T, + P · T, E表示计算出的节点能量消耗值；
(1)
PT分别表示处理器模块全速运行的功率和运行时间； P7分别表示处理器模块低功耗模式运行的功率和运行时
面
PT分别表示通信模块传输数据的功率和运行时间
PT分别表示通信模块在监听模式下的功率和运行时间。
服8：#服务服
节点平均能耗-使用EAM
节点序号
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图2使用EAM时子节点的平均能耗
收稿日期：201603-11
作者简介：齐玥(1986一)，男，汉族，甘肃州人,硕士研究生在读，助理工程师，研究方向：物联网与无线传感器网络