基于nRF905的無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的設計與實現(xiàn)

2.2.3 路由修復
數(shù)據(jù)傳輸時，每個節(jié)點收到數(shù)據(jù)后，都要先回復應答ACK信號給其前一個節(jié)點，再轉發(fā)至下一個中繼節(jié)點，節(jié)點中設置超時定時器，約等待1 633 μs ACK信號，前一個節(jié)點沒有收到ACK，則重發(fā)數(shù)據(jù)，設置重發(fā)次數(shù)為3。假若重發(fā)3次都沒有收到ACK信號，則判斷下一個節(jié)點為中斷節(jié)點。查詢緩存路由中是否有其他到達中斷節(jié)點下游節(jié)點的信息，有則使用這個備用路由，無則廣播發(fā)送RERR給所有包含中斷節(jié)點路由的源節(jié)點，每個節(jié)點在收到該RERR后，就會從它的路由緩存中刪除所有包含該中斷節(jié)點的路由。
路由修復示例如圖5所示。節(jié)點0需要發(fā)送數(shù)據(jù)給節(jié)點5，節(jié)點0中含有到節(jié)點5的路由信息，0→1→2→5；節(jié)點0開始發(fā)送RTS，每個節(jié)點收到RTS后返回給前一個節(jié)點ACK，表示路由無中斷；假若節(jié)點1沒有收到ACK，重發(fā)3次后仍沒有ACK返回，則判斷節(jié)點2是中斷節(jié)點；這時查詢節(jié)點1中有無到達節(jié)點5的路由，發(fā)現(xiàn)1→3→4→5，則按照此路由繼續(xù)發(fā)送RTS；當節(jié)點1返回DATA_ACK，表示數(shù)據(jù)傳輸完成，延遲10×跳數(shù)(ms)后，廣播發(fā)送RRER，收到RRER的每個節(jié)點查詢本節(jié)點是否含有中斷路由，有則從路由緩存中刪除包含中斷節(jié)點的路由。

3 試驗結果
試驗網(wǎng)絡系統(tǒng)由10個普通節(jié)點和1個協(xié)調(diào)器節(jié)點組成，采用人工隨機安放的方式把所有節(jié)點放置在約200 m的空曠地帶。首先，把協(xié)調(diào)器節(jié)點通過串口與主控PC機連接，打開上位機控制軟件，并給協(xié)調(diào)器節(jié)點上電；隨后在隨機放置普通節(jié)點的同時一一打開節(jié)點的電源。
通過上位機軟件可以清楚地看到，每當有新節(jié)點加入網(wǎng)絡(打開電源)，上位機會實時顯示出新加入節(jié)點的地址和路由信息，并且通過反向路由返回應答信號給新節(jié)點，表示成功加入網(wǎng)絡。當所有節(jié)點都加入網(wǎng)絡后，可以通過上位機軟件看到整個網(wǎng)絡中各個節(jié)點的路由信息，并且可以對每個節(jié)點或多個節(jié)點進行遠程控制。
為了實時監(jiān)測到每個節(jié)點的運行情況，每個節(jié)點程序都加入定時掃描程序，定時時間1 min，檢測節(jié)點本身在1 min內(nèi)是否為空閑狀態(tài)，如果是空閑狀態(tài)，則向協(xié)調(diào)器節(jié)點發(fā)送節(jié)點信號，保證本鏈路無中斷；協(xié)調(diào)器在一定時間周期內(nèi)，檢測接收到的每個節(jié)點信號，如果缺少某個節(jié)點的信息，則由協(xié)調(diào)器發(fā)送檢測信號給這個節(jié)點，尋找中斷節(jié)點并進行路由維護。也可以直接通過主控電腦的上位機軟件手動發(fā)送檢測信號給每個節(jié)點，從而檢測每個節(jié)點的運行情況。
nRF905的空中傳輸速率峰值為100 kb/s，有效傳輸速率為50 kb/s。
通過上位機軟件對整個網(wǎng)絡進行連續(xù)數(shù)據(jù)傳輸試驗，測試在本協(xié)議下的網(wǎng)絡吞吐率。測試條件：200 m空曠地帶，分別測試一個節(jié)點至10節(jié)點網(wǎng)絡中點對點，1跳、2跳、3跳情況下的吞吐率，數(shù)據(jù)包大小32 B。傳輸要求一個包到達目的節(jié)點后返回到應答表示傳輸完成，其吞吐率計算[6]如下：

測得的網(wǎng)絡吞吐率如圖6所示?？梢钥闯?，網(wǎng)絡中進行點對點的數(shù)據(jù)傳輸，吞吐率約為16 kb/s，并且隨著節(jié)點數(shù)的增多，影響很??；隨著跳數(shù)的增加，網(wǎng)絡吞吐率降低，但是網(wǎng)絡中節(jié)點數(shù)量增多，同時節(jié)點傳輸幾率增加，因此逐漸趨于穩(wěn)定值。最后在網(wǎng)絡設定最大跳數(shù)(3跳)、10個節(jié)點網(wǎng)絡的情況下，網(wǎng)絡吞吐率約為4 kb/s。

通過實驗測得數(shù)據(jù)表明，在短距離的無線通信網(wǎng)絡中，該系統(tǒng)可以穩(wěn)定可靠地運行，數(shù)據(jù)傳輸率高，網(wǎng)絡吞吐率完全可以達到一般的無線傳感器網(wǎng)絡的要求。并且該系統(tǒng)具有良好的擴展性、移植性和實用性，可廣泛運用于溫度、濕度、光傳感器采集數(shù)據(jù)、能量監(jiān)測及電路控制等技術。
參考文獻
[1] 孫利民，李建中，陳渝，等.無線傳感器網(wǎng)絡[M].北京：清華大學出版社，2005.
[2] 陳?？?，陳勤，羅敏，等.DSR本地修復算法的改進[J].微電子學與計算機，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，吳榮泉，錢立群.無線Ad Hoc網(wǎng)絡DSR路由協(xié)議的優(yōu)化設計[J].計算機工程，2009，35(4):97-99.
[5] Nordic VLSIASA. Single Chip 433/868/915MHz Transceiver nRF905. 2004-01.
[6] 柯欣，孫利民.多跳無限傳感器網(wǎng)絡吞吐量分析[J].通信學報，2007，28(9):78-84.