基于nRF905的无线传感器网络节点的设计与实现

2.2.3 路由修复
数据传输时，每个节点收到数据后，都要先回复应答ACK信号给其前一个节点，再转发至下一个中继节点，节点中设置超时定时器，约等待1 633 μs ACK信号，前一个节点没有收到ACK，则重发数据，设置重发次数为3。假若重发3次都没有收到ACK信号，则判断下一个节点为中断节点。查询缓存路由中是否有其他到达中断节点下游节点的信息，有则使用这个备用路由，无则广播发送RERR给所有包含中断节点路由的源节点，每个节点在收到该RERR后，就会从它的路由缓存中删除所有包含该中断节点的路由。
路由修复示例如图5所示。节点0需要发送数据给节点5，节点0中含有到节点5的路由信息，0→1→2→5；节点0开始发送RTS，每个节点收到RTS后返回给前一个节点ACK，表示路由无中断；假若节点1没有收到ACK，重发3次后仍没有ACK返回，则判断节点2是中断节点；这时查询节点1中有无到达节点5的路由，发现1→3→4→5，则按照此路由继续发送RTS；当节点1返回DATA_ACK，表示数据传输完成，延迟10×跳数(ms)后，广播发送RRER，收到RRER的每个节点查询本节点是否含有中断路由，有则从路由缓存中删除包含中断节点的路由。

3 试验结果
试验网络系统由10个普通节点和1个协调器节点组成，采用人工随机安放的方式把所有节点放置在约200 m的空旷地带。首先，把协调器节点通过串口与主控PC机连接，打开上位机控制软件，并给协调器节点上电；随后在随机放置普通节点的同时一一打开节点的电源。
通过上位机软件可以清楚地看到，每当有新节点加入网络(打开电源)，上位机会实时显示出新加入节点的地址和路由信息，并且通过反向路由返回应答信号给新节点，表示成功加入网络。当所有节点都加入网络后，可以通过上位机软件看到整个网络中各个节点的路由信息，并且可以对每个节点或多个节点进行远程控制。
为了实时监测到每个节点的运行情况，每个节点程序都加入定时扫描程序，定时时间1 min，检测节点本身在1 min内是否为空闲状态，如果是空闲状态，则向协调器节点发送节点信号，保证本链路无中断；协调器在一定时间周期内，检测接收到的每个节点信号，如果缺少某个节点的信息，则由协调器发送检测信号给这个节点，寻找中断节点并进行路由维护。也可以直接通过主控电脑的上位机软件手动发送检测信号给每个节点，从而检测每个节点的运行情况。
nRF905的空中传输速率峰值为100 kb/s，有效传输速率为50 kb/s。
通过上位机软件对整个网络进行连续数据传输试验，测试在本协议下的网络吞吐率。测试条件：200 m空旷地带，分别测试一个节点至10节点网络中点对点，1跳、2跳、3跳情况下的吞吐率，数据包大小32 B。传输要求一个包到达目的节点后返回到应答表示传输完成，其吞吐率计算[6]如下：

测得的网络吞吐率如图6所示。可以看出，网络中进行点对点的数据传输，吞吐率约为16 kb/s，并且随着节点数的增多，影响很小；随着跳数的增加，网络吞吐率降低，但是网络中节点数量增多，同时节点传输几率增加，因此逐渐趋于稳定值。最后在网络设定最大跳数(3跳)、10个节点网络的情况下，网络吞吐率约为4 kb/s。

通过实验测得数据表明，在短距离的无线通信网络中，该系统可以稳定可靠地运行，数据传输率高，网络吞吐率完全可以达到一般的无线传感器网络的要求。并且该系统具有良好的扩展性、移植性和实用性，可广泛运用于温度、湿度、光传感器采集数据、能量监测及电路控制等技术。
参考文献
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[2] 陈模科，陈勤，罗敏，等.DSR本地修复算法的改进[J].微电子学与计算机，2009(26):142-145.
[3] JAWHAR I， TRABELSI Z， Al-JAROODI J. Towards more reliable source routing in wireless networks[C]. Proc. IEEE Int. Conf. Networking， Archit.， Storage-IEEE NAS 2008， 2008.
[4] 屠梓浩，吴荣泉，钱立群.无线Ad Hoc网络DSR路由协议的优化设计[J].计算机工程，2009，35(4):97-99.
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[6] 柯欣，孙利民.多跳无限传感器网络吞吐量分析[J].通信学报，2007，28(9):78-84.