无线传感网络中的RPL路由协议研究(2)

时间:2015-12-07 10:17 来源:www.fabiaoba.com 作者:胡芹艳尹长川点击: 次

　　2.3RPL协议改进前后的仿真对比

　　仿真工具采用的是美国UIUC大学开发的针对无线传感网络研究的J-Sim平台，该平台基于Java语言，和NS2相比具有内存消耗小、仿真速度快、有更好的可扩展性等优点。本文仿真了传感网络数据收集的场景。在100×100的区域里，规则的布置有100个节点，图4所示是网络节点布局图和OF0的拓扑结构，其中最左上侧的0号节点为数据汇聚节点，右下侧的49-99和94-98这11个节点为传感器数据采集节点。数据从右下侧的11个源节点发送到左上侧的0号节点。由于该网络具有对称性，1和10对称，2和20对称等，对称节点的能量消耗基本一致。本文中重点仿真了具有代表性的1、2、11、12、22这几个关键节点的能量消耗情况。

　　对于OF0，由于跳数是路径选择的唯一标准，节点位置固定的网络，其拓扑结构也相对保持不变。图4即为这种情况下的拓扑结构。由图4中可以看到，节点1和节点10承载了大部分的数据量，几乎任何从下侧或者右侧源节点发过来的数据都要经过这两个节点转发到Sink节点。而节点11，则只有来自源节点99的数据由它转发。

　　图5所示是系统节点能耗图。其中图5（a）为OF0方案下部分节点能量消耗图。从图中可以看出，最关键的节点1和节点10，能量很快就消耗殆尽。而节点11，则能耗相对较少。这对节点位置固定的网络是很不利的，会使数据量较大的节点在短期内能量迅速消耗完而死亡，而其他非位置关键节点，则一直被闲置。造成网络能耗分布极其不均匀，能量利用率不高。

　　接下来可以仿真跳数和节点剩余能量相结合的路径选择方式，图5（b）为跳数和能量按照2∶8的比例加权所得到的能耗结果。从图5（b）可以看出，节点1、10和11的能耗更为均衡，第一个节点死亡的时间大为延长。跳数和节点剩余能量相结合的路径选择方式，能一定程度上改善以跳数为唯一度量所造成了能量消耗不均的情况，从而延长关键节点的生命长度。仿真中也能看到，最佳路径的拓扑图一直处于动态变化，原先经过节点1和节点10到达汇聚节点的数据，有一部分从节点11分流，从而缓解节点1和节点10的压力。

　　（a）HC路径选择方案节点能耗（b）HC+EN路径选择方案节点能耗

　　本文也仿真了跳数（HC）和节点能量（EN）按照Lex的结合方式，即优先考虑最小跳数，当跳数相同的时候再考虑节点能量，以及在Add结合方式下按0.8HC+0.2EN和0.2HC+0.8EN的不同比例相结合的情况对比。最后得出的结论是，两种不同的结合方式对网络能耗均衡都有一定程度的改善；而Add的结合方式能耗更为均衡，且剩余能量所占的比例越高，改善的效果越为显著。图6所示是在不同路由策略下，关键节点能耗的对比情况。

　　4结语

　　本文描述了RPL协议的基本原理，并且对原路由协议的路径选择策略进行了改进，在只考虑跳数的基础上，加入节点剩余能量的考虑，从而平衡了网络能耗，延长网络整体寿命。由于RPL是近几年新提出的协议，随着实践的不断深入，越来越多的新问题被提出，还有很大的研究空间。RPL协议在物联网领域有着广阔的应用前景，值得广大学者进一步深入研究。

　　5致谢

　　本论文的工作得到了实验室项目的大力支持。感谢国家自然科学基金（61271257），北京市自然科学基金（4122034）和教育部博士点基金（20120005110007）对本文研究工作的支持。

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