引 言
無線體域網（WBAN）通過部署在人體不同部位的傳感器對用戶的身體情況進行監(jiān)測[1]，雖然節(jié)點都分布在一個有限的范圍內，但是節(jié)點間的多跳傳輸還是必要的[2]。隨著人體姿勢變化，無線體域網的拓撲結構會發(fā)生變化，之前可以通信的兩個節(jié)點可能會隨著人體的運動而不能直接通信 [3]。且信號穿過人體的損耗很高，直接通信可能會影響傳輸質量。另外， 傳感器節(jié)點的傳輸功率是有限的，通過多跳傳輸可能更高效。探索隨著傳感器電量的變化，尋找更加合適的路由來提高系統QoS（服務質量）的方法具有重要意義。
在文獻 [4] 中，作者提出了一種適用于無線體域網的安全和可靠的路由框架，它可以集成一個特定的路由協議，以提高協議的可靠性并且可以防止數據通信過程中的數據注入攻擊。文獻 [5] 提出了一個稱作 MBStar 的實時、高頻率、安全、可靠的路由協議。它利用信道跳頻以及信道黑名單來減少噪音的干擾，并通過支持公認的傳輸和重傳輸來提高可靠性。MBStar 在設備接入認證和數據加密中同時采用公鑰和私鑰機制。文獻 [6] 提出了一種以數據為中心的多目標 QoS 感知協議用以解決體感網中的可靠性和延時問題[7]。它根據消息的重要性將數據分為不同的優(yōu)先級，從而提高系統的服務質量。文獻 [8] 提出了一種能量感知路由來提高系統的高效性和可靠性，它由呼叫協議、鄰節(jié)點構建算法和路由表構建算法三部分組成。實驗表明，該方法在節(jié)點傳輸功率更低的情況下提高了傳輸的可靠性，但是該方案只適用于室內環(huán)境。
1 相關工作
1.1 傳感器節(jié)點組成
在本文提出的方案中，每個傳感器節(jié)點都有自己的節(jié)點id，并且每個傳感器節(jié)點都包含一個控制器，一個用來存儲數據的存儲器，以及一個收發(fā)器。
這些傳感器節(jié)點位于第一層，可以感知人體數據，作為消息的發(fā)送者，也可以作為中繼節(jié)點，這些節(jié)點都由處于第二層的協調器控制，傳感器節(jié)點將數據感知并傳輸給協調器， 再由協調器發(fā)送至處于第三層的醫(yī)療服務器。
1.2 直接模式與間接模式
為了使整個系統更加高效可靠，系統中的傳感器節(jié)點都有兩種模式 ：直接模式和間接模式，具體如圖 1 所示。
(1) 直接模式。直接模式時節(jié)點的傳輸功率更高，但要保證功率低于影響人體健康的限度，這時消息只需最少跳數即可到達目的節(jié)點，所有節(jié)點都默認為直接模式。
(2) 間接模式。當傳感器的電池電量不足時，節(jié)點會轉為間接模式，這時傳感器節(jié)點只能與相鄰節(jié)點通信，因此傳輸一條消息需要更多跳數。
節(jié)點的兩種模式既可以通過手動轉換，也可以通過節(jié)點計算電池電量來自動轉換。
2 基于AODV協議的可靠路由RelAODV
在使用少量傳感器建立的自組網中DSDV（Destination Sequenced Distance Vector Routing）[9]目的序列距離矢量路由協議是十分有效的，但需要結點周期性的廣播路由更新分組來維護路由表。AODV（Adhoc On-Demand Distance VectorRouting）[10]按需距離矢量路由協議在DSDV 及其他類似協議的自組網的建立和維護方面做出了改進。文中所有的傳感器節(jié)點都會在剩余電量的基礎上選擇直接模式或者間接模式，從而決定下一條節(jié)點。通常情況下，由于直接模式時節(jié)點傳輸功率大，且無線體域網中節(jié)點的相對移動是在某一范圍內，故節(jié)點處于直接模式時可靠性更高。
2.1 路由的建立
源節(jié)點廣播 RREQ（路由請求）報文，所有的相鄰節(jié)點 都能收到，并且一個節(jié)點可以收到多個 RREQ 報文。收到的 節(jié)點先查看報文中的目的地址是否為自身，如果不是自身且路 由表中沒有到達目的節(jié)點的路徑，再檢查節(jié)點的模式，如果是 中繼模式，在跳數中加上一個中繼損耗值，再將 RREQ 報文 發(fā)送出去 ；如果自身路由表中有到達的路徑，并且路由項中的 目的序列號大于或等于 RREQ 中的目的序列號，節(jié)點檢查自身 的模式，如果是中繼模式，節(jié)點將跳數加一，再向源節(jié)點發(fā)送 RREP（路由回應），并將所有中間節(jié)點路由表更新。
2.2 路由的維護
當消息通過節(jié)點路由表中的路由表成功送達后，說明這 個路徑是活躍的。當活躍路徑中的某一節(jié)點模式發(fā)生變化或者 路徑斷開時，節(jié)點會向源節(jié)點發(fā)送一個 RERR（路由錯誤）信息， 告知源節(jié)點該路徑不可用，需要建立新的路由。
中繼節(jié)點選擇下一跳不僅僅依據下一節(jié)點是出于何種模 式，這是因為通過間接模式可能跳數更少，但是加上中繼損耗 值時跳數可能比直接模式多，這時可能會造成網絡擁塞，影 響系統服務質量。知道節(jié)點處于哪一種模式有利于提高系統的 可靠性。加入中繼損耗是為了有利于選擇間接模式的節(jié)點為下 一節(jié)點，且中繼損耗值的選取很重要，如果太高，系統會一直 選擇處于直接模式的節(jié)點，太低又會使選擇直接模式或者中 間模式沒有太大意義。
通常情況下，鏈路斷開是由于節(jié)點電量耗盡。因此，本 文提出的方案中，通過模式的轉化，不會使系統產生大量的 RERR（路由錯誤）信息。
可靠 AODV 路由協議中路徑的選擇如圖 2 所示，節(jié)點 X 為源節(jié)點，節(jié)點 Y 為目的節(jié)點。當節(jié)點 X 廣播 RREQ（路由請 求）報文到達間接模式的節(jié)點 b 時，在跳數中加上中繼損耗值 1，所以當通過節(jié)點 b 到達節(jié)點 e 時跳數值為 3。因此系統會 選擇更優(yōu)的通過節(jié)點 c 的路徑。盡管路徑 x → b → e → y 與路 徑 x → c → e → y 的中間節(jié)點數目相同，但后者因為路徑中所 有節(jié)點都是直接模式而被選取。
3 性能分析
圖 3 與圖 4 分別是暫停時間以及節(jié)點數量與數據包投遞 率的關系。數據包分組投遞率是成功接受數據包數量與發(fā)送 數據包數量的比值，當暫停時間較小時，RelAODV 的分組投 遞率比 C-AODV 以及 AODV 都高，即 RelAODV 在節(jié)點隨人 體姿勢變化運動時表現得更好。圖 4 說明 RelAODV 在節(jié)點數 量較少時，可靠性更高，分組投遞率隨著節(jié)點數量的增加而 降低，但是都比其他兩種表現的更好。總之，經過仿真對比， RelAODV 的表現良好。
4 結 語
在體域網中，數據總是由感知傳感器傳送至協調器，目 的地址不變，但是傳感器節(jié)點會隨著人體的運動而變換相對 位置，造成傳輸路徑的變化。并且隨著節(jié)點電量的消耗，會 造成傳輸功率的變化從而影響系統服務質量。文中所提到的方 案在這兩方面均有良好表現，使得系統在可靠性、高效性方 面表現的更為優(yōu)越。
由于無線體域網中的信息種類可能不止一種，重要性也 不盡相同，所以在未來的研究中，筆者將對消息的分類與系統 中節(jié)點模式的轉化機制進行更加深入的研究，在該系統的基礎上提出新的數據安全高效傳輸方法。
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