無線傳感器網絡AODV路由算法改進

[摘 要] 無線傳感器網絡的傳統路由層協議中，在進行路由選擇時，僅僅根據能量最優或者最短路徑作為依據，沒有考慮節點的鏈路狀態信息。結合物理層狀態對路由的影響，對AODV算法進行改進，計算出節點的最優發送功率，有效降低節點發送數據的能耗。

[關 鍵 詞] AODV，最優發送功率，路由協議，無線傳感器網絡

[中圖分類號] TN929.5 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603（2016）36-0165-01

一、引言

無線傳感器網絡路由協議設計中，在進行路由選擇時候，根據能量最優或者最短路徑作為依據，沒有考慮節點的鏈路狀態信息。本文結合物理層狀態對路由的影響，對AODV算法進行改進，在路徑建立階段根據節點代價能耗和剩余能量的權值函數，使用貪婪算法選擇最優節點。節點之間發送數據幀時，物理層計算最優功率后，采用最小功率轉發來解決隱藏終端的問題，進而節省能耗。

二、系統模型和定義

為簡化系統模型，對網絡作以下合理假設：

（一）傳感器節點隨機均勻分布在正方形監測區域，Sink節點在監測區域外。

（二）所有節點一旦部署，不再發生移動。

（三）節點初始能量值相同，Sink節點能量不受限制。

文獻中提到，節點傳輸1bit信息100m消耗的能量與節點執行3000條指令消耗的能量等同，通信模塊的能耗成為考慮重點。本文采用相同的無線信道模型及能量消耗模型。

三、路由協議中節點最優發送功率

假設網絡節點之間的距離都滿足d

在進行路由選擇的時候，根據下一跳節點到匯點的加權通信代價，計算節點作為下一跳轉發節點的概率，使網絡能耗均衡。用Cost（i）表示節點i到匯點的期望代價，各條路徑的通信代價的加權平均值就是期望代價值。路徑建立步驟如下：

步驟1：由匯點開始，采用經典洪泛協議，廣播路徑建立請求REQ，其中REQ消息幀部分字段如下表所示。Ds和節點到匯點的期望代價Cost初始值為0。

步驟2：如果節點i收到j發來的REQ消息后，發現自身的Ds值大于節點j的Ds值，則選擇轉發該消息，更新發送節點ID和節點地址addr，記錄自身到匯點距離，并重新計算節點到匯點的通信代價值。

步驟3：根據計算出節點i到j的最優發送功率MinPt （i），并將節點j加入到i路由緩存表中，并在緩存表中存儲節點j的ID，節點地址，距離匯點距離Ds，節點到匯點的通信代價Cost，節點剩余能量Eleft。最優功率計算公式：MinPt （i）=Pt （j）/Pr （i）*RT（j）.

步驟4：節點的路由緩存表建立好后，節點開始計算每個下一跳節點選擇的概率，概率與能耗成反比。

步驟5：根據節點選擇概率和能耗計算節點到匯點各條路徑能耗代價的加權平均值。

四、實驗結果

仿真中51個節點隨機均勻分布在1000m×1000m的方形區域內，Sink節點位于區域中心，坐標為（500，500）。節點最大通信距離250m，節點采用多跳方式傳遞數據到Sink節點。

MAC層的初始占空比均設為10%，偵聽睡眠周期為1.6s，偵聽時間0.16s，節點發送速率為200kb/s。

網絡流量不斷變化，節點發送間隔固定為1s。仿真時間越長，Sink節點接收到的數據包數越多，節點發送數據時，采用自適應調整最優功率，減少通信次數和節點空閑偵聽能耗，在匯點接收到相同的數據包個數時，該協議消耗的網絡小于AODV協議，接收2200個數據包時，節約能耗約15%。

五、小結

在ADOV路由協議中，路徑選擇的時候，根據接口函數調用物理層，計算最優發送功率值并在發送數據幀的時候采用最優發送功率節省能耗。仿真實驗證明與路由層采用ADOV協議相比，在數據發送間隔固定時，Sink節點接收數據包一定的情況下，本協議的網絡總能耗更少。

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