無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的RPL路由協(xié)議研究

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議研究rpl琳，高德云，羅洪斌朱( 北京交通大學(xué) 電子信息工程學(xué)院，北京 100044)摘 要: 路由協(xié)議執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涿枋?、路由選擇和數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)的功能，影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的性能和存活時(shí)間?，F(xiàn)有的路由協(xié)議需要發(fā)送大量數(shù)據(jù)包維護(hù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，以及大量的存?chǔ)空間來存儲(chǔ)路由條目。由于硬件的限制，無線傳感器節(jié)點(diǎn)無論是能 量，還是其處理能力、存儲(chǔ)能力都受到極大的制約。因此，ietf roll 工作組提出了一種針對(duì)低功耗有損網(wǎng)絡(luò)的 ipv6 路由 協(xié)議，即 rpl 路由協(xié)議。文中對(duì) rpl 路由協(xié)議的拓?fù)錁?gòu)建過程、數(shù)據(jù)包路由過程和 trickle 定時(shí)器的算法等進(jìn)行了分析， 通過使用 cooja

2、 仿真工具對(duì)其進(jìn)行仿真，驗(yàn)證了 rpl 路由協(xié)議在低功耗有損網(wǎng)絡(luò)中具有較高的性能。關(guān)鍵詞: 無線傳感器網(wǎng)絡(luò); ipv6; rpl 路由協(xié)議中圖分類號(hào): tp31文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: a文章編號(hào): 1673 629x( 2012) 08 0001 04research of rpl protocol of wireless sensor networkzhu lin，gao de yun，luo hong bin( school of electronic and information engineering ，beijing jiaotong university ，beijing 100044，c

3、hina)abstract: routing protocol implements the description of netw ork topology ，routing path selection and data packets forw arding ，w hichinfluences the performance and alive time of the entire netw ork existing routing protocols require a large amount of messages to maintain netw ork topology ，as

4、 w ell as large storage space to keep routing entries due to the constraints of hardw are，the energy and the ability of processing ，also the storing of w ireless sensor netw ork nodes has been dramatically limited hence，the ietf routing over low pow er and lossy netw orks( roll ) w orking group has

5、recently proposed the ipv6 routing protocol for low pow er and lossy netw orks，i e ，the rpl protocol in this paper，the topology building process and data packets routing process，also the trickle timer algorithm of rpl rou- ting protocol is analyzed it has been simulated by cooja ，w hich clearly show

6、 s that rpl routing protocol plays a beneficial and rew ard- ing role in low pow er and lossy netw orkskey words: w ireless sensor netw ork; ipv6; rpl routing protocol6 8議 。rpl 協(xié)議是一個(gè)距離矢量路由協(xié)議，節(jié)點(diǎn)通過交換距離矢量構(gòu)造一個(gè)有向無環(huán)圖( directed acy- clic graph，dag ) 。 dag 可以有效防止路 由 環(huán)路問 題，其根節(jié)點(diǎn)通過廣播方式與其余節(jié)點(diǎn)交互信息，然后0引言無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由一

7、系列體積小、造價(jià)低的節(jié)點(diǎn)組成，在 監(jiān) 測(cè) 區(qū) 域 內(nèi) 部 或附近自組織 地 構(gòu)成網(wǎng) 絡(luò)1 3。這些節(jié)點(diǎn)普遍具有傳輸速率低、處理能力和 能量儲(chǔ)備有限等問題。另外，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)整體而言，通信 的可靠程度、鏈路失效問題，都要求網(wǎng)絡(luò)具有相當(dāng)成熟 的技 術(shù) 以 建 立 和 保 持 可 靠 有 效 的 路 徑4，5。 ietf roll 工作組評(píng)估過目前已經(jīng)存在的路由協(xié)議，如 os- pf，is is ，aodv ，olsr，由于低功耗有損網(wǎng)絡(luò)( low pow er and lossy netw orks，lln ) 的上述特點(diǎn)，導(dǎo)致 目前已存在的路由協(xié)議并不適合 lln 。因此該工作9，10。節(jié)點(diǎn)通過路由

8、度量來選擇最優(yōu)的路徑文中詳細(xì)分析了 rpl 路由協(xié)議的拓?fù)錁?gòu)建過程、數(shù)據(jù)包路由過程和 trickle 定時(shí)器算法等，同時(shí)使用11 13cooja 工具 對(duì) rpl 路由協(xié)議進(jìn)行了仿真，驗(yàn)證其性能。rpl: routing protocol for llnrpl 是為 lln 而設(shè)計(jì)的距離矢量路由協(xié)議，通過 使用目標(biāo)函數(shù)( object function，of) 和度量集合構(gòu)建 具有目的地的有向無環(huán)圖( destination oriented direct- ed acyclic graph，dodag) 。目標(biāo)函數(shù)利用度量和約 束條件的集合計(jì)算出最優(yōu)路徑。由于網(wǎng)絡(luò)部署的目的 性有異，同一個(gè)網(wǎng)

9、絡(luò)可能需要不同的鏈路質(zhì)量要求等 等，導(dǎo)致在相同的網(wǎng)絡(luò)中有可能有幾個(gè)目標(biāo)函數(shù)。1組研 究 制 定 了 rpl ( routingprotocol for lln )協(xié)收稿日期: 2012 01 09; 修回日期: 2012 04 13基金項(xiàng)目: 國家自然科學(xué)基金( 60802016，60972010)作者簡介: 朱 琳( 1988 ) ，女，碩士研究生，研究方向?yàn)闊o線傳感 器網(wǎng)絡(luò); 羅洪斌，博士，教授，研究方向?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。dodag 的構(gòu)建過程rpl 路由協(xié)議規(guī)定了一系列的新的 icmpv6 控制 消息，以交換圖的相關(guān)信息和構(gòu)建拓?fù)?。它們分別是: 請(qǐng)求信息( dodag inf

10、ormation solicitation ，dis) ，dod- ag 信息對(duì)象( dodag information object ，dio) ，目的 地通告( destination advertisement object，dao) 。圖的構(gòu)建過程從根或邊界路由器( lowpan bor- der router ，lbr) 開始。根首先使用 dio 消息來廣播 有關(guān)圖的信息。監(jiān)聽根節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)收到并處理 dio 消息，根據(jù)目標(biāo)函數(shù)、dag 特點(diǎn)、廣播路徑開銷等 等來決定是否加入到這個(gè)圖當(dāng)中。一旦節(jié)點(diǎn)加入到圖 當(dāng)中，它就有了一條通向 dodag 根的路由，根則成為 這個(gè)節(jié)點(diǎn)的父節(jié)點(diǎn)。節(jié)

11、點(diǎn)接著會(huì)計(jì)算自己在圖中的 rank 值。并向自己的父節(jié)點(diǎn)發(fā)送包含路由前綴信息的 dao 消息。節(jié)點(diǎn)也可以使用 dis 消息來主動(dòng)向鄰居 節(jié)點(diǎn)來請(qǐng)求圖信息。所有鄰居節(jié)點(diǎn)重復(fù)這一過程，直 至在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中構(gòu)建出一個(gè)以 lbr 為根節(jié)點(diǎn)的 dod- ag。dodag 的構(gòu)建過程的簡化流程圖如圖 1 所示。 lbr 發(fā)送包含圖相關(guān)信息的 dio 消息，監(jiān)聽 lbr 的節(jié) 點(diǎn) a 收到之后，加入到圖中，并回復(fù)包含自己前綴信 息的 dao 消息給 lbr; 節(jié)點(diǎn) a 發(fā)送 dio 消息，其功率 發(fā)送范圍內(nèi)的 b 接收后加入圖中并回復(fù) dao 消息; 網(wǎng) 絡(luò)啟動(dòng)后，節(jié)點(diǎn) b 曾收到節(jié)點(diǎn) c 發(fā)來的 dis 消

12、息，在節(jié) 點(diǎn) b 加 入 圖 之 后，對(duì) 節(jié) 點(diǎn) c 發(fā) 送 dio，邀 請(qǐng) 其 加 入 dodag，節(jié)點(diǎn) c 向其父節(jié)點(diǎn) b 發(fā)送 dao 消息，節(jié)點(diǎn) b 收到后會(huì)整合信息，向其父節(jié)點(diǎn)發(fā)送 dao 消息，逐級(jí) 整合并回送 dao 消息直到 lbr，在 lbr 處包含所有 節(jié)點(diǎn)的前綴信息。是某個(gè)中間節(jié)點(diǎn)，目的是某個(gè)葉子節(jié)點(diǎn)，這種模型稱為p2mp( point to multipoint) ，需要“向下”路由來實(shí) 現(xiàn)。通常使用 dao 消息來完成從上至下的路由建立 過程。每個(gè)節(jié)點(diǎn)在加入圖時(shí)，會(huì)給它的父節(jié)點(diǎn)集合發(fā) 送 dao 消息。其父節(jié)點(diǎn)在接收了 dao 消息后，處理 其前綴信息，并在路由表中加

13、上一條路由條目。然后 有選擇性地聚合從不同節(jié)點(diǎn)收到的前綴信息，向它的 父節(jié)點(diǎn)集合發(fā)送 dao 消息。這一過程持續(xù)進(jìn)行直到1 1前綴信息到達(dá)根節(jié)點(diǎn)，建立出到某個(gè)前綴的完整路徑。不過需要注意的是這種模式稱為“存儲(chǔ)”模式，要求所有的節(jié)點(diǎn)都有可用的存儲(chǔ)空間來存儲(chǔ)路由表。rpl 也 支持“非存儲(chǔ)”模式，即所有的中間節(jié)點(diǎn)不存儲(chǔ)任何的 路由信息。rpl 還支持一種 p2p 的通信模式，即在圖 中從某節(jié)點(diǎn)到其它節(jié)點(diǎn)的通信?？傊?，節(jié)點(diǎn)需要向上路由時(shí)，只需傳送給自己的父 節(jié)點(diǎn)，父節(jié)點(diǎn)繼續(xù)將之發(fā)送給自己的父節(jié)點(diǎn)，一直向上 傳送到根。然而，節(jié)點(diǎn)需要向下路由，或是需要執(zhí)行點(diǎn) 到點(diǎn)通信時(shí)，則根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中是“存儲(chǔ)”或是“非存

14、儲(chǔ)”模 式而有所不同。在“存儲(chǔ)”模式下，節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)子圖內(nèi)收 到的所有 dao 消息的前綴信息，所以 p2mp 只需根據(jù)節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)的子圖內(nèi)的前綴信息，選擇下一跳節(jié)點(diǎn)即可，p2p 路由只需向上傳送到與目的節(jié)點(diǎn)的共同祖先，再從祖先節(jié)點(diǎn)處選擇下一跳節(jié)點(diǎn)發(fā)送直至目的節(jié)點(diǎn)。而 在“非存儲(chǔ)”模式下，節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)空間非常有限，所有的 前綴信息都存儲(chǔ)在 lbr 處。節(jié)點(diǎn)向自己的父節(jié)點(diǎn)匯 報(bào) dao 消息，在圖的根節(jié)點(diǎn)處匯總整合所有的前綴信 息，從而形成向下路由。p2mp 或是 p2p 路由都需要 將數(shù)據(jù)包傳送到根節(jié)點(diǎn)處，這樣當(dāng)根節(jié)點(diǎn)收到了一個(gè) 目的地為圖中某個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包后，它會(huì)將數(shù)據(jù)包的 源路由頭部 option f

15、ield 加上路徑上的所有節(jié)點(diǎn)前綴 信息，然后將其發(fā)送到下一跳子節(jié)點(diǎn)。路徑上的每一個(gè)中間節(jié)點(diǎn)檢查源路由頭部，再發(fā)送給下一跳節(jié)點(diǎn)。反復(fù)這一過程直至目的節(jié)點(diǎn)8，9。1 3環(huán)路避免和環(huán)路檢測(cè)在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中，由于拓?fù)涓淖兒凸?jié)點(diǎn)間未及時(shí)同步的問題，可能會(huì)導(dǎo)致臨時(shí)性的環(huán)路產(chǎn)生。為了減少數(shù)據(jù)包的丟失、鏈路擁塞的情況，必須盡快檢測(cè)出環(huán) 路。在 lln 中，環(huán)路的影響是有限的，并且這種環(huán)路 的產(chǎn)生可能是暫時(shí)的，所以過度反應(yīng)反而會(huì)導(dǎo)致更大 程度上的路由碰撞和能量消耗。因此，rpl 的策略是圖 1dodag 的構(gòu)建簡化流程圖1 2 rpl 的路由過程節(jié)點(diǎn)根據(jù)收到的 dio 消息，選擇父節(jié)點(diǎn)，添加路 由，廣播圖信息。通

16、過這種方式構(gòu)建的圖中每個(gè)節(jié)點(diǎn) 都有通向自己的父節(jié)點(diǎn)的路由表項(xiàng)，這樣葉子節(jié)點(diǎn)可 以通過向自己父節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)，一直發(fā)送至根節(jié)點(diǎn)，這 種模型稱為 mp2p ( multipoint to point ) ，或是“向不保證 不 會(huì) 出 現(xiàn) 環(huán) 路，而 是 試 圖 避 免 環(huán) 路 的 出 現(xiàn)。rpl 定義了兩種規(guī)則來避免環(huán)路，這兩種規(guī)則都依賴于節(jié)點(diǎn)的“rank”值。1、最大深度規(guī)則，不允許節(jié)點(diǎn)選擇圖中深度更大圖中更深的地方，以增加自己潛在父節(jié)點(diǎn)的數(shù)量。rpl 的環(huán)路檢測(cè)策略是在 rpl 的路由頭部中設(shè) 置相關(guān)的 bit 位，通過這些 bit 位來檢測(cè)數(shù)據(jù)的有效性。 比如，當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)包發(fā)向自己的一個(gè)

17、子節(jié)點(diǎn)，將 bit 位置成“down”，然后將數(shù)據(jù)包發(fā)送到下一跳節(jié)點(diǎn)。 收到“down”bit 的數(shù)據(jù)包的節(jié)點(diǎn)，查詢自己的路由表， 發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)包是在“向上”方向傳輸?shù)?，則證明出現(xiàn)了環(huán) 路，此時(shí)數(shù)據(jù)包需要被丟棄，并觸發(fā)本地修復(fù)。1 4 全局修復(fù)和本地修復(fù)rpl 支持在鏈路或節(jié)點(diǎn)失效之后 的 修 復(fù) 機(jī) 制。 rpl 支持兩種修復(fù)機(jī)制: 全局修復(fù)和本地修復(fù)。當(dāng)檢 測(cè)到鏈路或鄰居節(jié)點(diǎn)失效后，節(jié)點(diǎn)在向上方向上沒有 其他路由器，則本地修復(fù)被快速觸發(fā)以尋找到替代父 節(jié)點(diǎn)或路徑。當(dāng)本地修復(fù)發(fā)生時(shí)，有可能破壞了整個(gè) 網(wǎng)絡(luò)的最優(yōu)模式，從而由根節(jié)點(diǎn)觸發(fā)全局修復(fù)機(jī)制重 建 dodag，圖中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都重新運(yùn)行目標(biāo)函數(shù)

18、來重 新選擇更優(yōu)的父節(jié)點(diǎn)。1 5 trickle 定時(shí)器管理rpl 中的定時(shí)器與其他運(yùn)行于受限條件少的環(huán)境 中的路由協(xié)議不同。大多數(shù)的路由協(xié)議使用周期性的 “keepalive”來保持鄰居關(guān)系、更新路由表。但在 lln 中，資源極度受限，所以顯然這種方式是 不 合 適 的。 rpl 使用了一種稱為“trickle timer”的定時(shí)器來完成 自適應(yīng)的定時(shí)器機(jī)制，它可以控制發(fā)送 dio 消息的速 率。算法將構(gòu)建圖的過程視為一個(gè)一致性問題( 當(dāng)節(jié) 點(diǎn)檢測(cè)到網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)環(huán)路，或是節(jié)點(diǎn)加入或移出網(wǎng)絡(luò)都視為不一致現(xiàn)象。) ，使用 trickle 計(jì)時(shí)器來決定何時(shí) 廣播 dio 消息。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)趨于穩(wěn)定時(shí)，rp

19、l 消息的數(shù)量 減少; 檢測(cè)到不一致現(xiàn)象時(shí)，重置定時(shí)器加快發(fā)送 dio 消息以便快速解決問題。trickle 算法可描述如下: 假設(shè) imin 為最小時(shí)間間 隔，imax 為最大時(shí)間間隔，i 為當(dāng)前時(shí)間間隔，t 為當(dāng)前時(shí) 間點(diǎn)，k 為冗余常量，c 為計(jì)數(shù)器，idouble 為 i 能夠自乘 2 的最大次數(shù)。( 1) 開始。設(shè)置 i 為i min ，i max中的一個(gè)值。開 始第一個(gè)時(shí)隙。( 2) 第一個(gè)時(shí)隙開始，置 c = 0，t = i /2，i) 中的 一個(gè)隨機(jī)點(diǎn)。時(shí)隙終止在 i 處。( 3) trickle 收到一個(gè)一致性傳輸，就讓 c + = 1。( 4) 在時(shí)間 t ，trickle

20、 檢查是否有 c k，且只有 在 c k 時(shí)允許發(fā)送數(shù)據(jù)包。( 5) 當(dāng) i 到期，就使 i* 2，如 i* 2 i max ，置 i = i max 。( 6) 如果 trickle 接收到不一致性傳輸，trickle 為 響定外部 events 重置 timer。trickle 算法只有在第 4 步才傳輸，表示在檢測(cè)到即反應(yīng)有可能會(huì)引發(fā)廣播風(fēng)暴。協(xié)議仿真及分析文中對(duì) rpl 路由協(xié)議的實(shí)現(xiàn)過程進(jìn)行仿真及分 析，使用 cooja 作為仿真工具進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。設(shè)置仿 真的感知區(qū)域?yàn)橐粔K邊長為 l = 200m 的方形區(qū)域。 在環(huán)境中只有一個(gè) lbr 節(jié)點(diǎn)，9 個(gè)普通節(jié)點(diǎn); 所有節(jié)點(diǎn)2的功率范圍均

21、為 r= 75m; 所有節(jié)點(diǎn)在其功率發(fā)送范tx圍內(nèi)的丟包率均為 0; 設(shè)置節(jié)點(diǎn)以隨機(jī)方式分布在感 知區(qū)域內(nèi); 節(jié)點(diǎn)的平臺(tái)選用 sky。產(chǎn)生 dio 消息的時(shí) 間間隔，初始值為 1s，然后該時(shí)間間隔隨著仿真時(shí)間而變化。設(shè) i= 1s，i= 16，所以在兩個(gè)連續(xù) diomindouble消息的最大時(shí)間間隔為 18 2 小時(shí)14，15。網(wǎng)絡(luò)中的其他節(jié)點(diǎn)會(huì)發(fā)送 dao 消息。這是為了實(shí)現(xiàn)向下方向的 p2p 和 p2mp，節(jié)點(diǎn)收到從子節(jié)點(diǎn)發(fā)送來的 dao 消息， 從而建立子節(jié)點(diǎn)前綴信息的路由表。在本仿真中，假 定每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有能力存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)中其他節(jié)點(diǎn)的路由信 息，因此不需要源路由。為了說明 rpl 路由所形

22、成拓?fù)涞倪^程，也就是 dodag 形成的過程，對(duì)所有節(jié)點(diǎn)形成的拓?fù)鋱D進(jìn)行分 析，如圖 2 所示。圖中節(jié)點(diǎn)附近顯示的是根據(jù)目標(biāo)函 數(shù)計(jì)算得的 rank 值，節(jié)點(diǎn)根據(jù) rank 值選擇自己的父節(jié) 點(diǎn)，從而構(gòu)建成此 dodag。在仿真中，待網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定后， 將節(jié)點(diǎn) 5 由圖示白色位置移動(dòng)到當(dāng)前位置，如圖有， rank( 1 ) = 1 0，rank ( 10 ) = 2 0，rank ( 6 ) = 3 0，rank( 8) = 4 0，rank( 5) = 8 5。根節(jié)點(diǎn)的 rank 值為 1，其他 節(jié)點(diǎn)距離根節(jié)點(diǎn)的跳數(shù)越大，其 rank 值越大。在節(jié)點(diǎn)5 移動(dòng)到新位置，網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定后，對(duì)所有節(jié)點(diǎn)的接收包

23、數(shù) 量、丟包數(shù)量、距離 lbr 節(jié)點(diǎn)的跳數(shù)、綜合計(jì)算得出的 routing metrics 以及根據(jù) routing metrics 得出的量化 值 etx 進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如表 1 所示。根據(jù)節(jié)點(diǎn)的信息與網(wǎng) 絡(luò)拓?fù)淙菀装l(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞男纬墒桥c節(jié)點(diǎn)的 routing- metric 和 etx 相關(guān)的。圖 2節(jié)點(diǎn)使用 rpl 構(gòu)建 dodagrpl 路由協(xié)議在網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)的過程，即 lbr 節(jié)點(diǎn) 啟動(dòng)過程、節(jié)點(diǎn)收到 dio 消息并擴(kuò)散 dio 消息、節(jié)點(diǎn) 發(fā)送dis 請(qǐng)求消息以及節(jié)點(diǎn)向父節(jié)點(diǎn)發(fā)送 dao 消息不一致性并做出反應(yīng)之間有一個(gè)固定的時(shí)間間隔。立表 1節(jié)點(diǎn)的相關(guān)信息匯總表導(dǎo)致圖中節(jié)點(diǎn) 5 的 b

24、eacon interval 由 2200s 突然降至1s。這是由于節(jié)點(diǎn) 5 的移動(dòng)，被視為一個(gè)“不一致現(xiàn) 象”產(chǎn)生，從而節(jié)點(diǎn) 5 觸發(fā)了本地修復(fù)，按 trickle 算法 將 i 置于 i min ，待其穩(wěn)定后，仍會(huì)按“階梯”式增長。圖 中易看出節(jié)點(diǎn)先后到達(dá)一個(gè)階梯上，這主要是由于 trickle 算法在第 4 步需要檢測(cè)當(dāng)前積累的一致性傳輸 的數(shù)量是否小于冗余常量，只有在滿足這一條件時(shí)才 會(huì)發(fā)送數(shù)據(jù)包，因而造成了由發(fā)現(xiàn)一個(gè)不一致現(xiàn)象到 立即反應(yīng)之間有一個(gè)固定時(shí)延，這也是為了應(yīng)對(duì)所有 節(jié)點(diǎn)在檢測(cè)到不一致現(xiàn)象后同時(shí)反應(yīng)會(huì)造成廣播風(fēng) 暴。因而不同節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)變化之間也存在一個(gè)固定時(shí) 延。圖 5 所

25、示為節(jié)點(diǎn) 5 在移動(dòng)后，由于大量的發(fā)送 dis 信息，與其他節(jié)點(diǎn)頻繁進(jìn)行信息交互，從而導(dǎo)致節(jié) 點(diǎn) 5 的功耗急劇上升。建立路由。在仿真中，將上述四個(gè)過程的部分 icmp消息截取出來，如圖 3 所示。lbr 啟動(dòng)后，廣播包含 圖信息的 dio 消息，在監(jiān)聽 lbr 的節(jié)點(diǎn)收到 dio 后會(huì) 計(jì)算自己的 rank，將 lbr 加入到自己的鄰居緩存中， 如圖 3 第一段所示。也有一些節(jié)點(diǎn)主動(dòng)發(fā)送 dis 進(jìn)行 請(qǐng)求，接收到 dis 請(qǐng)求的節(jié)點(diǎn)會(huì)回復(fù) dio，如圖 3 第二 段所示。加入 dag 的節(jié)點(diǎn)繼續(xù)發(fā)送 dio 消息，監(jiān)聽到 此 dio 消息的節(jié)點(diǎn)受邀加入網(wǎng)絡(luò)，如圖 3 第三段所 示。節(jié)點(diǎn)加入

26、網(wǎng)絡(luò)會(huì)向父節(jié)點(diǎn)發(fā)送 dao 消息，其父節(jié) 點(diǎn)收到 dao 消息后向根節(jié)點(diǎn)發(fā)送，根節(jié)點(diǎn)收到后整合 前綴信息，如圖 3 第四段所示。圖 4節(jié)點(diǎn)的 dio 發(fā)送間隔變化圖 5節(jié)點(diǎn)的功耗隨時(shí)間變化情況3結(jié)束語rpl 路由協(xié)議是由 roll 工作組提出，目的是解決低功耗有損網(wǎng)絡(luò)的路由問題。rpl 路由協(xié)議使用icmp 的消息格式加以改進(jìn)，形成三種消息 dio、dis 和 dao 來實(shí)現(xiàn)路由過程。其目標(biāo)函數(shù)并未明確要求，使 得不同網(wǎng)絡(luò)可以根據(jù)不同的功能需求來確定不同的目 標(biāo)函數(shù)，從而構(gòu)建合適的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹Ｎ闹欣?cooja 的仿真結(jié)果可以容易得到，利用 trickle 定時(shí)器能有效 地控制發(fā)送信息的數(shù)量，

27、隨著網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定，數(shù)據(jù)包的數(shù)量 大大減少; 利用 rpl 路由協(xié)議可以快速檢測(cè)到網(wǎng)絡(luò)突圖 3節(jié)點(diǎn)啟用 rpl 路由協(xié)議后的 icmp 消息為驗(yàn)證 trickle 定時(shí)器在 rpl 路由中能夠有效地 調(diào)節(jié)節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)包的速率，在發(fā)生不一致現(xiàn)象時(shí)可 以快速反應(yīng)，特別對(duì)所有節(jié)點(diǎn)的發(fā)送 dio 的間隔時(shí)間 進(jìn)行監(jiān)控，如圖 4 所示。此時(shí)間間隔由 trickle 定時(shí)器 控制，初始 i min = 1s，每次 i 到期后，就令 i = 2* i 。隨nodereceivedlosthopsrmetricbtxldctdc1 1000 0000 0000 0000 0000 0002 24101 000514

28、 3411 0000 7000 1073 34102 000810 5371 1520 6200 1244 44102 000805 4631 1070 6430 1075 53383 3331373 0911 9320 6170 2626 64102 000789 0731 0580 6710 1407 74102 000779 3171 0340 6430 1078 84103 0001084 8781 1460 6410 1359 94102 000801 5611 1190 6370 11910 14101 000518 6341 0180 6890 110avg40 1110 889

29、2 037830 7661 1740 6510 135圖 3 中第一行到第三行，分別為噪聲密度為 0 2，0 5 和 0 8 的噪聲圖像以及在不同濾波算法下處理的 結(jié)果。imagesj ieee transactions on circuits and systems: an-alog and digital signal processing ，1999，46( 1) : 78 80 hw ang h，haddad r a adaptive median filters: new algo- rithms and resultsj ieee trans on signal processin

30、g ，1995，4( 4) : 499 502eng h l ，m a k k noise adaptive soft sw itching median filterj ieee trans on image process，2001，10 ( 2 ) : 242 251楊恒伏，陳孝威 小波域魯棒自適應(yīng)公開水印技術(shù)j 軟 件學(xué)報(bào)，2003，14( 9) : 1652 1660 刑藏菊，王守覺，鄧浩江，等 一種基于極值中值的濾波算 法j 中國圖象圖形學(xué)報(bào)，2001，6( 6) : 533 536 曲延鋒，徐 鍵，李衛(wèi)軍，等 有效去除圖像中脈沖噪聲的 新型濾波算法j 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)報(bào)，2

31、003，15( 4) : 397 4015結(jié)束語文中提出了一種在各種噪聲密度下高效、快速地 去除椒鹽噪聲的濾波算法。該算法把圖像中的噪聲點(diǎn) 和非噪聲點(diǎn)進(jìn)行分類，只針對(duì)噪聲點(diǎn)進(jìn)行濾波，根據(jù)窗 口中的噪聲點(diǎn)數(shù)量來自適應(yīng)改變窗口的大小，并在去 噪處理過程中采用改進(jìn)的非對(duì)稱裁剪中值濾波來計(jì)算 中值。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明圖像不但在濾波性能客觀評(píng)價(jià)指 標(biāo)上明顯優(yōu)于傳統(tǒng)中值濾波及其改進(jìn)算法，而且該算 法計(jì)算復(fù)雜度簡單，高效快速。5678910 金良海，熊才權(quán)，李德華 自適應(yīng)型中心加權(quán)的中值濾波器j 華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，36( 8) : 9 1211 陳初俠，丁 勇，劉櫟莉 去除椒鹽噪聲的自適應(yīng)開關(guān)加權(quán) 均值

32、濾波j 計(jì)算機(jī)工程，2010，36( 4) : 210 21212 常瑞娜，穆曉敏，楊守義，等 基于中值的自適應(yīng)均值濾波 算法j 計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)，2008，29( 16) : 4257 425913 srinivasan k s，ebenezer d a new fast and efficient deci- sion based algorithm for removal of high density im- pulse noisesj ieee signal processing letters，2007，14( 3) : 189 192參考文獻(xiàn):1gonzalez r c ，woo

33、ds r e digital image processingm2nd ed new jersey : prentice hall，2001tukey j w exploratory data analysism reading ，m a :addison wesley ，1971: 98 224sun tong ，neuvo y detail preserving m edian based fil- ters in image processing j pattern recognition letters，1994，15( 4) : 341 347zhou wang ，david z p

34、rogressive sw itching m edian filter for the removal of impulse noise from highly corrupted234檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪( 上接第 4 頁)路由協(xié)議的本地修復(fù)機(jī)制，致力于實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)不需要等待新的 dio 消息或是更高的 dag 序列號(hào)，就能尋找 到一個(gè)新的父節(jié)點(diǎn)16，17。9宋 非，侯樂青 淺析智能物件網(wǎng)絡(luò)中的 rpl 路由技術(shù)j 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，2011，9( 9) : 23 2610 winter t rpl: routing protoc

35、ol for low pow er and lossy net-w orkss s l : internet engineering task force，201111 sterlind f an introduction to coojaeb / ol 2010 11 http: / / w w w sics se / contiki / w iki / index php / an _ in- troduction_to _cooja12 sterlind f crosslevel sensor netw ork simulation w ith coo-jac/ / proc of lcn s l : s n ，2006: 641 64813 sterlind f a sensor netw ork simulator for the contiki osr / ol 2006 05 http: / / soda sw edish ict se /2296 /1 / sics t 2006 05 se pdf 14