发布时间：2014-11-07所属分类：科技论文浏览：1次
摘 要： 摘要：充分利用AODVjr算法中的命令选项的保留字，取保留字第0位控制路由的方向性，该位为1表示向该节点的子节点方向传输，该位为0表示目的地不在该节点的子节点范围内。经过omnet++4.1仿真，证实了改进后的AODVjr算法提高了ZigBee网络的通信效率。 1 AODVjr
摘要：充分利用AODVjr算法中的命令选项的保留字，取保留字第0位控制路由的方向性，该位为1表示向该节点的子节点方向传输，该位为0表示目的地不在该节点的子节点范围内。经过omnet++4.1仿真，证实了改进后的AODVjr算法提高了ZigBee网络的通信效率。
1 AODVjr路由思想
AODVjr是在AODV的基础上发展而来的，是AODV算法的简化，其思想[4-6]如下。
⑴ AODVjr规定只能是目标节点对最先到达的RREQ信号做出响应，保证路由无环路，AODVjr中没有使用目的节点序列号。
⑵ AODVjr规定RERR(Route Error)仅转发给传输失败的数据包的源节点。
⑶ 在数据传输中如果发生链路中断，AODVjr采用本地修复，在路由修复的过程中，仅允许目的节点回复RREP。如果本地修复失败，则发送RERR到数据包的源节点，通知它由于链路中断而引起目的节点不可达。RERR的格式也被简化至仅包含一个不可达的目的节点。
⑷ AODVjr由目的节点定期向源节点发送KEEP ALIVE连接信息来维持路由。当源节点在一段时间内没有收到目的节点发来的KEEP ALIVE信号时，它认为此条路径失效，必要时重新进行路由发现。
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如图1所示，当rfd[0]设备要发送数据给ffd[0]，rfd[0]先把数据发送给具有路由功能的父节点ffd[5]，ffd[5]查找自身路由表，如果没有发现到一条到ffd[0]的有效路径，于是就发起路由发现过程，构建并洪泛RREQ包。ffd[0]选择最先到达的RREQ包的传送路径ffd[5]-ffd[2]-zc-ffd[0]，并返回RREP信息，ffd[5]收到ffd[0]发来的RREP信号，建立路由路径，ffd[5]就会按这条路径来发送缓存的数据。同时ffd[0]定期发送KEEP_ALIVE包，以维护路由信息。
2 AODVjr路由存在的问题
AODVjr算法具有灵活的路径查找功能，其按需产生路由路径的方式提高了协议效率，能快速适应动态链路环境，并可支持多播功能。但ZigBee网络中的AODVjr路由算法容易引起RREQ广播风暴并耗费资源。另外，AODVjr属于后应式的按需Ad hoe网络，不会周期性地更新自己的路由信息，只有在需要通信时，才发起路由查找过程。在ZigBee网状网络里，节点会移动或者休眠，因此对路由查找使用比较频繁。为了达到节能且降低通信复杂度的目的，本文对AODVjr算法进行了改进，针对广播风暴，采用网络命令传输的方向指导性，减少信息传输的次数。
3 改进算法设计
在AODVjr中里，路由请求命令帧用来发起一个路由发现过程，路由应答命令用来返回路由信息，它们的载荷部分的第二个字节命令选项中，低7位保留，为此在改进的AODVjr中，可以充分利用这些保留位，改进后的命令选项如表1所示。
命令传输方向位为1表示向该节点的子节点方向传输，该位为0表示目的地不在该节点的子节点范围内，应该向该节点的父节点传输。命令传输方向主要是控制命令传输的大致方向，避免发生广播风暴，其算法流程图如图2所示。
4 算法分析和仿真结果分析
根据ZigBee中网状路由AODVjr算法和改进的AODVjr算法思想，采用OMNET++4.1分别进行了模拟，其网络拓扑结构图如图1所示。在同一种网络拓扑结构下，所有的运行环境和参数都相同，利用原始AODVjr和改进的AODVjr算法，在相同的时间里，对RFD节点发送的数据包数量、消息经过的跳数以及FFD节点能量变化进行统计，得到的结果如图3、图4、图5所示。
图3上表示在AODVjr算法下，各个RFD节点收到的数据包的数量，图3下表示在改进的AODVjr算法下，各个RFD节点收到的数据包的数量。从图3中可以看出，改进的AODVjr算法在相同的时间里，传送的数据包的量比原始AODVjr算法要大得多，这说明改进后的AODVjr算法提高了通信效率。
图4上表示在AODVjr算法下，各个RFD节点上消息跳数，图4下表示在改进的AODVjr算法下，各个RFD节点上消息跳数。从图4中可以看出，改进的AODVjr算法在相同的时间里，RFD上统计的跳数的次数比原始AODVjr多很多，这一点与图3的仿真结果是一致的。另外，从图4可以看出，下图的跳数比较稳定，变化的幅度没有上图大，而且上图的节点上消息的跳数大都在10跳以上，下图最多只有6.0跳。这说明改进后的AODVjr算法减少了跳数。
图5上是原始AODVjr中FFD节点和中心协调器能量变化图，图5下是改进AODVjr中FFD节点和中心协调器能量变化图。起初中心协调器能量为30000，FFD节点为20000，黄色和绿色曲线分别表示FFD[1]和FFD[6]，从图1可以看出，RFD[3]与其他节点通信时，都必须过这两个FFD节点，由于改进的AODVjr加入了方向控制，为此，这两个节点的能量耗费比没有改进的AODVjr要快很多。蓝色曲线表示FFD[3]节点能量变化，从图1可以看出FFD[3]节点只有RFD[1]节点发生数据和接收数据时需要用到，而从图3可以看出改进AODVjr中RFD收发数据量都比原始AODVjr中RFD收发数据量多，由于原始AODVjr没有进行数据包传输方向控制，在查找路由时使用了广播，为此，在原始AODVjr中FFD[3]能量耗费比改进AODVjr中FFD[3]能量耗费快。
5 结束语
针对AODVjr算法思想以及网络命令帧的格式，本文提出了一种改进的AODVjr算法，充分利用AODVjr算法中的命令选项的保留字，进行路由的传输的方向控制，避免广播风暴，降低了跳数，节约了能量。经过omnet++4.1仿真，证实改进之后的AODVjr算法提高了ZigBee网络的通信效率。
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