[發明專利]一種無線傳感器網絡中的能量有效性機會路由協議

無效

• 申請號: 200810113019.1
• 申請日: 2008-05-27
• 公開（公告）號: CN101594379A
• 公開（公告）日: 2009-12-02
• 發明（設計）人: 趙壯;張寶賢;田克;高雪;黃奎;姚鄭;張鋒
• 申請（專利權）人: 北京循天行信息技術有限公司
• 主分類號: H04L29/08
• 分類號: H04L29/08;H04L12/56;H04L12/28
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技術領域

本發明屬于無線傳感器網絡協議技術領域，具體涉及一種無線傳感器網絡中的能量有效性機會路由協議。該方法利用機會路由可以有效提高網絡吞吐率的優勢，同時充分考慮傳感器網絡的能量不能再生的特點，提出了一種能量均衡的機會路由協議。

背景技術

無線傳感器網絡是近些年出現的一種綜合微電子技術、無線通信技術、計算機技術的新興技術領域，在環境、醫療、軍事等領域具有非常廣泛的前應用前景，其發展和應用將會給人類的生活和生產的各個方面帶來深遠影響。雖然無線傳感器網絡的大規模商業應用，由于技術等方面的制約還有待時日，但是最近幾年，隨著計算成本的下降以及微處理器和傳感器體積越來越小，已經有為數不少的無線傳感器網絡開始投入使用。

但由于受到成本和體積等因素的限制，傳感器節點的處理能力、無線帶寬和電池容量都很有限。無線傳感器節點的能量在多數的情況下無法得到補充，因此盡可能的延長無線傳感器網絡的工作壽命成為無線傳感器網絡設計中的關鍵問題之一。為了提高無線傳感器網絡的壽命，網絡中每個節點的能量均衡問題已成為研究的重點問題。傳感器網絡領域可以使用很多方法來實現能量均衡：將網絡中的節點分簇，節點輪流充當簇頭，非簇頭節點休眠；在多條路徑中選擇一條，這條路中能量最低節點的能量最高；選擇能夠減小不同路由之間的剩余能量的方差的路由。

機會路由方法是在無線多跳網絡(包括無線網格網絡、無線自組織網絡、無線傳感器網絡)中通用的一種路由方法。這種路由方法針對無線信道的廣播、時變、丟失特性和確定性路由在轉發策略方面的不足，提出了機會轉發的概念，可以通過多個潛在中繼節點競爭、自主智能判斷，進行下一跳節點選擇，充分利用信道廣播特性，提高吞吐量和傳輸可靠性。這種路由策略主要從兩個方面來提高無線多跳網絡的吞吐量，一是增加單跳傳輸的可靠性，二是減少端到端傳輸跳數。機會路由的提出得到了學術界的廣泛關注，很多知名研究機構都投入到了機會路由的研究工作當中。

其基本思想是：源節點欲向目的節點發送數據，它會選擇到目的節點的距離小于自身的節點作為轉發節點，這些節點組成備選轉發節點集，并按到目的節點的距離設置優先級，距離越近優先級越高。源節點發出的數據包中記錄了備選節點集中的節點標號和它們的優先級。源節點發出數據包，收到包的鄰居節點按優先級的次序轉發數據，優先級高的節點如果收到就轉發此數據包，被轉發的數據包被優先級低的節點聽到后不在重新轉發此數據包，如果較高節點沒有收到，則由備選轉發節點集中較低優先級的節點來轉發數據包。每個備選節點集中的轉發節點按此方式轉發，直到數據包到達目的節點為止。

發明內容

本發明針對傳感器網絡能量不能再生的性質對傳統的機會路由做了修改，將機會路由中的備選轉發節點的優先級根據轉發節點的剩余能量做調整。，將剩余能量較低的節點的優先級降低，剩余能量較高的轉發節點的優先級升高。經過轉發節點的優先級順序的調整，剩余能量低的節點來承擔實際轉發任務的概率降低，從而使得其能量消耗減緩；相反，剩余能量高的節點有更大的機率來承擔轉發任務。應用這種機制，數據轉發任務根據節點剩余能量的多少進行動態的調節，以達到全網能量均衡的目的。

附圖說明

圖1是無線傳感器網絡中能量有效性機會路由協議的例子圖。其中黑色節點是數據轉發的源節點和目的節點，節點上的黑色陰影部分表示節點的剩余能量，節點下標是備選轉發節點的剩余能量RE(Residual?Energy)和其到目的節點的ETX(Expect?Transmit?Count)。

具體實施方式

本發明是在機會路由算法這一可靠而又高效的路由方法的基礎上加入了節點能量均衡的策略，形成了一個能量有效性和數據轉發效率都較高的跨層協議。

假定網絡中每個節點都獲知網絡中每個鏈路的ETX值(可以用節點將相鄰鏈路的ETX做全網擴散的方法實現)。數據包轉發時，源節點將鄰居節點中到目的節點的ETX值小于自身到目的節點的ETX值的鄰居節點作為備選轉發節點，并保證每個備選轉發節點都在彼此的傳輸半徑范圍內，并加入備選轉發節點集。源節點在轉發之前根據備選轉發節點到目的節點的ETX與轉發節點的剩余能量的倒數的乘積作為度量來排列備選轉發節點的優先級，所得的乘積越小的優先級越高，反之越低。