论文部分内容阅读
【摘 要】AODV（Ad hoc 按需距离矢量路由协议）和树混合路由策略一直以来都是zigbee协议的设计規范，但目前并没有好的设计方案来平衡这两种路由模式。经过在NS2（网络仿真器）中对zigbee的性能进行模拟、运行和分析，本文提出了一种新的基于数据服务的zigbee路由选择策略，仿真结果表明，这种路由选择策略具有良好的网络性能和较低的能源消耗。
【关键词】基于数据服务 仿真树路由 Z-AODV 路由选择策略
前言
2004年12月，IEEE 802 WPAN（无线个人区域网组织）首次发布基于物理层和介质访问内部控制层的IEEE 802.15.4协议，该协议旨在为用户提供低功耗、低成本的无线网络服务。然而由于无线个域网及其应用程序越来越发达，许多公司的无线个域网产品并没有统一规范，使得无线个域网在应用程序配置、技术分析和性能优化等方面存在问题。本文通过模拟评估无线个域网的路由方法，根据实际应用，采用优化算法和策略，提出一种新的路由方法。
一、路由算法分析
（一）树形拓扑路由
树路由机制包括树地址配置和树路由寻址，当协调器建立一个新的网络时，它将为其分配一个网络地址0并设其网络深度Depth（0）=0。如果节点n想加入网络且与节点k联系，那么节点k将成为节点n的父节点，然后节点k根据自身的网络地址A（k）和网络深度Depth（k），将为节点n分配一个新的网络地址A（n）和网络深度Depth（n） =Depth（k）+1，网络深度是指子节点到父节点的一个跳跃。
若网络中新加入的节点n是一个精简功能设备（RFD），则它并不具备路由功能，它与协调器相关联作为其第n个子节点。根据它自身深度d，父节点k将为其分配网络地址A（n），其公式为：A（n）=A（k）+Cskip（d）*Rm+n，其中Rm表示路由器能最多连接子路由器的数目；若新节点n是全功能设备（FFD），则它具有路由功能，父节点k将分配新的网络地址为：A（n）=A（k）+1+Cskip（d）*（n-1）。其中Cskip（d）的值为：当Rm=1时，Cskip（d）=1+Cm·（Lm-d-1）；当Rm≠1时，Cskip（d）=（1+Cm-Rm-Cm·Rm（Lm-d-1））/（1-Rm），其中Cm表示每个路由器或协调器能最多连接子设备的数目。
假设路由器转发数据包到目标节点的网络地址为D，则该路由器的网络地址和深度分别为A和D。它将首先根据表达式：A （二）仿真树路由和Z-AODV
AODV是基于序列号的路由，它总是选择最新的路由来执行，而Z-AODV则是AODV算法的改进，它是基于路径能量消耗的路由，在执行中会考虑到节能、快捷等因素，简化了AODV的一些特点，但仍保持AODV的原始功能。
由树路由和Z-AODV的仿真比较实验可知，数据包在转发过程中，从第25秒开始树路由便具有较快响应，因为它不必建立路由表，到第26秒时已经有7个数据包到达目的节点。而Z-AODV则需要从第27秒开始发送数据包，因为它必须启动路径搜寻功能，当Z-AODV建立路由表后，这两种路由方法转发的数据包数量将趋于相同。Z-AODV总是选择跳变较少的路线，而树路由通常不能获得较短路线，所以树路由网络中的数据帧传输总是超过Z-AODV1.2或1.4 倍以上。由此可见，树路由的无线个域网更适用于突发的数据传输，而Z-AODV则更适合连续数据传输。
二、基于数据服务的路由分析
无线个域网的网状网络使用树路由和Z-AODV相结合的混合路由机制，数据帧头部的DiscoverRoute字段被定义为数据帧的路由方法，它可以是如下三种值：①抑制路由发现（SRD）：使用已经存在的路由表，如果没有相应的路由表，网络将使用树路由。②启用路由发现（ERD）：如果有路由地址路由表，路由会遵循路由表，否则路由器将启用路由发现，当该节点没有启用路由发现的能力，它将利用树路由。③强制路由发现（FRD）：不管是否有相应的路由表，节点都强制使用Z-AODV算法初始化路由发现。
根据仿真结果我们可以选择无线个域网的应用程序层，对绑定数据服务总是使用“启用路由发现”的路由方法，对突发数据服务使用“抑制路由发现”的路由方法，这种路由方法被称为基于数据服务的路由选择策略。
在这个模型中，绑定数据和突发数据混合成数据流，其中突发数据包在30%以下。以下定义了3种路由策略，ERD（所有数据包启用路由发现），BoS（基于数据服务的路由），SRD（所有数据包抑制路由发现），效率被定义为数据传输字节与总传输数据字节之间的比。
图2显示了在突发数据流环境下，三种不同的路由策略分别传输一个数据包的平均传输帧。由于SRD路由是通过树路径发送数据包，使得其能传输更多的数据帧，ERD由于选择最短路径，所以只能传输较少的数据帧，然而基于数据服务的路由BoS使用了树路由策略，减少了突发数据流的路由发现消耗，所以它具有最小的开销。
由上图可知，BoS路由比ERD路由节省了9%的开销，比SRD路由节省了28%的开销，所以BoS也就能相应地减少功耗，这对于要求低功耗的IEEE 802.15.4协议和无线个域网来说更为有益。
三、结语
本文我们介绍了无线个域网中AODV和树路由相结合的混合路由策略，提出了一种基于数据服务的无线个域网路由选择策略，使用NS2模拟运行和评估这个增强算法，从实验结果我们可以看出这种算法与原先的算法相比拥有更好的性能。
参考文献：
[1]N.Baker.无线个域网和工业蓝牙技术的优缺点.计算机与控制工程.2011.
[2]M.Streeton and C.Stanfield.ZigBee：遥测技术解决方案.IEEE研讨会.2011.
[3]D.Egan.无线个域网在建筑自动化和工业控制中的应用.计算机与控制工程.2012.
作者简介：李扬扬（1989.05-）安徽省马鞍山市，硕士研究生，专业：计算机技术。
【关键词】基于数据服务 仿真树路由 Z-AODV 路由选择策略
前言
2004年12月，IEEE 802 WPAN（无线个人区域网组织）首次发布基于物理层和介质访问内部控制层的IEEE 802.15.4协议，该协议旨在为用户提供低功耗、低成本的无线网络服务。然而由于无线个域网及其应用程序越来越发达，许多公司的无线个域网产品并没有统一规范，使得无线个域网在应用程序配置、技术分析和性能优化等方面存在问题。本文通过模拟评估无线个域网的路由方法，根据实际应用，采用优化算法和策略，提出一种新的路由方法。
一、路由算法分析
（一）树形拓扑路由
树路由机制包括树地址配置和树路由寻址，当协调器建立一个新的网络时，它将为其分配一个网络地址0并设其网络深度Depth（0）=0。如果节点n想加入网络且与节点k联系，那么节点k将成为节点n的父节点，然后节点k根据自身的网络地址A（k）和网络深度Depth（k），将为节点n分配一个新的网络地址A（n）和网络深度Depth（n） =Depth（k）+1，网络深度是指子节点到父节点的一个跳跃。
若网络中新加入的节点n是一个精简功能设备（RFD），则它并不具备路由功能，它与协调器相关联作为其第n个子节点。根据它自身深度d，父节点k将为其分配网络地址A（n），其公式为：A（n）=A（k）+Cskip（d）*Rm+n，其中Rm表示路由器能最多连接子路由器的数目；若新节点n是全功能设备（FFD），则它具有路由功能，父节点k将分配新的网络地址为：A（n）=A（k）+1+Cskip（d）*（n-1）。其中Cskip（d）的值为：当Rm=1时，Cskip（d）=1+Cm·（Lm-d-1）；当Rm≠1时，Cskip（d）=（1+Cm-Rm-Cm·Rm（Lm-d-1））/（1-Rm），其中Cm表示每个路由器或协调器能最多连接子设备的数目。
假设路由器转发数据包到目标节点的网络地址为D，则该路由器的网络地址和深度分别为A和D。它将首先根据表达式：A
AODV是基于序列号的路由，它总是选择最新的路由来执行，而Z-AODV则是AODV算法的改进，它是基于路径能量消耗的路由，在执行中会考虑到节能、快捷等因素，简化了AODV的一些特点，但仍保持AODV的原始功能。
由树路由和Z-AODV的仿真比较实验可知，数据包在转发过程中，从第25秒开始树路由便具有较快响应，因为它不必建立路由表，到第26秒时已经有7个数据包到达目的节点。而Z-AODV则需要从第27秒开始发送数据包，因为它必须启动路径搜寻功能，当Z-AODV建立路由表后，这两种路由方法转发的数据包数量将趋于相同。Z-AODV总是选择跳变较少的路线，而树路由通常不能获得较短路线，所以树路由网络中的数据帧传输总是超过Z-AODV1.2或1.4 倍以上。由此可见，树路由的无线个域网更适用于突发的数据传输，而Z-AODV则更适合连续数据传输。
二、基于数据服务的路由分析
无线个域网的网状网络使用树路由和Z-AODV相结合的混合路由机制，数据帧头部的DiscoverRoute字段被定义为数据帧的路由方法，它可以是如下三种值：①抑制路由发现（SRD）：使用已经存在的路由表，如果没有相应的路由表，网络将使用树路由。②启用路由发现（ERD）：如果有路由地址路由表，路由会遵循路由表，否则路由器将启用路由发现，当该节点没有启用路由发现的能力，它将利用树路由。③强制路由发现（FRD）：不管是否有相应的路由表，节点都强制使用Z-AODV算法初始化路由发现。
根据仿真结果我们可以选择无线个域网的应用程序层，对绑定数据服务总是使用“启用路由发现”的路由方法，对突发数据服务使用“抑制路由发现”的路由方法，这种路由方法被称为基于数据服务的路由选择策略。
在这个模型中，绑定数据和突发数据混合成数据流，其中突发数据包在30%以下。以下定义了3种路由策略，ERD（所有数据包启用路由发现），BoS（基于数据服务的路由），SRD（所有数据包抑制路由发现），效率被定义为数据传输字节与总传输数据字节之间的比。
图2显示了在突发数据流环境下，三种不同的路由策略分别传输一个数据包的平均传输帧。由于SRD路由是通过树路径发送数据包，使得其能传输更多的数据帧，ERD由于选择最短路径，所以只能传输较少的数据帧，然而基于数据服务的路由BoS使用了树路由策略，减少了突发数据流的路由发现消耗，所以它具有最小的开销。
由上图可知，BoS路由比ERD路由节省了9%的开销，比SRD路由节省了28%的开销，所以BoS也就能相应地减少功耗，这对于要求低功耗的IEEE 802.15.4协议和无线个域网来说更为有益。
三、结语
本文我们介绍了无线个域网中AODV和树路由相结合的混合路由策略，提出了一种基于数据服务的无线个域网路由选择策略，使用NS2模拟运行和评估这个增强算法，从实验结果我们可以看出这种算法与原先的算法相比拥有更好的性能。
参考文献：
[1]N.Baker.无线个域网和工业蓝牙技术的优缺点.计算机与控制工程.2011.
[2]M.Streeton and C.Stanfield.ZigBee：遥测技术解决方案.IEEE研讨会.2011.
[3]D.Egan.无线个域网在建筑自动化和工业控制中的应用.计算机与控制工程.2012.
作者简介：李扬扬（1989.05-）安徽省马鞍山市，硕士研究生，专业：计算机技术。