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摘 要： 摘要：充分利用AODVjr算法中的命令選項的保留字，取保留字第0位控制路由的方向性，該位為1表示向該節點的子節點方向傳輸，該位為0表示目的地不在該節點的子節點范圍內。經過omnet++4.1仿真，證實了改進后的AODVjr算法提高了ZigBee網絡的通信效率。 1 AODVjr
摘要：充分利用AODVjr算法中的命令選項的保留字，取保留字第0位控制路由的方向性，該位為1表示向該節點的子節點方向傳輸，該位為0表示目的地不在該節點的子節點范圍內。經過omnet++4.1仿真，證實了改進后的AODVjr算法提高了ZigBee網絡的通信效率。
1 AODVjr路由思想
AODVjr是在AODV的基礎上發展而來的，是AODV算法的簡化，其思想[4-6]如下。
⑴ AODVjr規定只能是目標節點對最先到達的RREQ信號做出響應，保證路由無環路，AODVjr中沒有使用目的節點序列號。
⑵ AODVjr規定RERR(Route Error)僅轉發給傳輸失敗的數據包的源節點。
⑶ 在數據傳輸中如果發生鏈路中斷，AODVjr采用本地修復，在路由修復的過程中，僅允許目的節點回復RREP。如果本地修復失敗，則發送RERR到數據包的源節點，通知它由于鏈路中斷而引起目的節點不可達。RERR的格式也被簡化至僅包含一個不可達的目的節點。
⑷ AODVjr由目的節點定期向源節點發送KEEP ALIVE連接信息來維持路由。當源節點在一段時間內沒有收到目的節點發來的KEEP ALIVE信號時，它認為此條路徑失效，必要時重新進行路由發現。
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如圖1所示，當rfd[0]設備要發送數據給ffd[0]，rfd[0]先把數據發送給具有路由功能的父節點ffd[5]，ffd[5]查找自身路由表，如果沒有發現到一條到ffd[0]的有效路徑，于是就發起路由發現過程，構建并洪泛RREQ包。ffd[0]選擇最先到達的RREQ包的傳送路徑ffd[5]-ffd[2]-zc-ffd[0]，并返回RREP信息，ffd[5]收到ffd[0]發來的RREP信號，建立路由路徑，ffd[5]就會按這條路徑來發送緩存的數據。同時ffd[0]定期發送KEEP_ALIVE包，以維護路由信息。
2 AODVjr路由存在的問題
AODVjr算法具有靈活的路徑查找功能，其按需產生路由路徑的方式提高了協議效率，能快速適應動態鏈路環境，并可支持多播功能。但ZigBee網絡中的AODVjr路由算法容易引起RREQ廣播風暴并耗費資源。另外，AODVjr屬于后應式的按需Ad hoe網絡，不會周期性地更新自己的路由信息，只有在需要通信時，才發起路由查找過程。在ZigBee網狀網絡里，節點會移動或者休眠，因此對路由查找使用比較頻繁。為了達到節能且降低通信復雜度的目的，本文對AODVjr算法進行了改進，針對廣播風暴，采用網絡命令傳輸的方向指導性，減少信息傳輸的次數。
3 改進算法設計
在AODVjr中里，路由請求命令幀用來發起一個路由發現過程，路由應答命令用來返回路由信息，它們的載荷部分的第二個字節命令選項中，低7位保留，為此在改進的AODVjr中，可以充分利用這些保留位，改進后的命令選項如表1所示。
命令傳輸方向位為1表示向該節點的子節點方向傳輸，該位為0表示目的地不在該節點的子節點范圍內，應該向該節點的父節點傳輸。命令傳輸方向主要是控制命令傳輸的大致方向，避免發生廣播風暴，其算法流程圖如圖2所示。
4 算法分析和仿真結果分析
根據ZigBee中網狀路由AODVjr算法和改進的AODVjr算法思想，采用OMNET++4.1分別進行了模擬，其網絡拓撲結構圖如圖1所示。在同一種網絡拓撲結構下，所有的運行環境和參數都相同，利用原始AODVjr和改進的AODVjr算法，在相同的時間里，對RFD節點發送的數據包數量、消息經過的跳數以及FFD節點能量變化進行統計，得到的結果如圖3、圖4、圖5所示。
圖3上表示在AODVjr算法下，各個RFD節點收到的數據包的數量，圖3下表示在改進的AODVjr算法下，各個RFD節點收到的數據包的數量。從圖3中可以看出，改進的AODVjr算法在相同的時間里，傳送的數據包的量比原始AODVjr算法要大得多，這說明改進后的AODVjr算法提高了通信效率。
圖4上表示在AODVjr算法下，各個RFD節點上消息跳數，圖4下表示在改進的AODVjr算法下，各個RFD節點上消息跳數。從圖4中可以看出，改進的AODVjr算法在相同的時間里，RFD上統計的跳數的次數比原始AODVjr多很多，這一點與圖3的仿真結果是一致的。另外，從圖4可以看出，下圖的跳數比較穩定，變化的幅度沒有上圖大，而且上圖的節點上消息的跳數大都在10跳以上，下圖最多只有6.0跳。這說明改進后的AODVjr算法減少了跳數。
圖5上是原始AODVjr中FFD節點和中心協調器能量變化圖，圖5下是改進AODVjr中FFD節點和中心協調器能量變化圖。起初中心協調器能量為30000，FFD節點為20000，黃色和綠色曲線分別表示FFD[1]和FFD[6]，從圖1可以看出，RFD[3]與其他節點通信時，都必須過這兩個FFD節點，由于改進的AODVjr加入了方向控制，為此，這兩個節點的能量耗費比沒有改進的AODVjr要快很多。藍色曲線表示FFD[3]節點能量變化，從圖1可以看出FFD[3]節點只有RFD[1]節點發生數據和接收數據時需要用到，而從圖3可以看出改進AODVjr中RFD收發數據量都比原始AODVjr中RFD收發數據量多，由于原始AODVjr沒有進行數據包傳輸方向控制，在查找路由時使用了廣播，為此，在原始AODVjr中FFD[3]能量耗費比改進AODVjr中FFD[3]能量耗費快。
5 結束語
針對AODVjr算法思想以及網絡命令幀的格式，本文提出了一種改進的AODVjr算法，充分利用AODVjr算法中的命令選項的保留字，進行路由的傳輸的方向控制，避免廣播風暴，降低了跳數，節約了能量。經過omnet++4.1仿真，證實改進之后的AODVjr算法提高了ZigBee網絡的通信效率。