[發明專利]一種支持有效域區分的無線傳感器網絡多徑路由機制

有效

• 申請號: 200910088730.0
• 申請日: 2009-07-10
• 公開（公告）號: CN101610561A
• 公開（公告）日: 2009-12-23
• 發明（設計）人: 高德云;張宏科;梁露露;牛延超;鄭濤;龔穎瑩
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: H04W40/02
• 分類號: H04W40/02;H04W84/18
• 代理公司: 北京正理專利代理有限公司
• 代理人: 張占榜

技術領域

本發明涉及一種無線傳感器網絡多路徑路由方法的實現方法，具體來說，特別是涉及一種支持有效域區分的無線傳感器網絡多徑路由方法，屬于計算機網絡技術領域。

背景技術

路由協議是無線傳感器網絡研究領域核心技術之一，路由協議的性能和整個網絡的性能密切相關。與傳統網絡的路由協議相比，無線傳感器網絡的路由協議具有以下特點：能量優先、基于局部拓撲信息、以數據為中心、應用相關。針對傳感器網絡路由方法的上述特點，在根據具體應用設計路由方法時，要使傳感器網絡路由協議滿足能量高效、擴展性好、魯棒性好和可以快速收斂的特點。

在無線傳感器網絡的某些應用對通信的服務質量有較高要求，如可靠性和實時性等，然而在無線傳感器網絡中，鏈路的穩定性難以保證，拓撲變化比較頻繁，要實現服務質量保證，需要設計相應的可靠的路由協議。

目前無線傳感器網絡的路由協議，大多從傳感器節點資源受限，節省能量的角度考慮，采用單路徑單播數據轉發方法，即根據能量消耗、跳數等衡量指標選擇一條相對最優路徑進行數據發送。然而采用單路徑路由協議，有以下缺點：

1、延時較大。單路徑傳輸，由于傳輸帶寬有限，因此延時較大，無法適用于時延要求低的應用場景；

2、穩定性較差。由于無線鏈路的不穩定，單路徑路由由于拓撲的變化不得不重新建立，穩定性較差，這也是單路徑傳輸時延較大的一個重要因素。

3、負載均衡性不好。采用單路徑路由很容易造成一條路徑的使用過密，從而導致部分節點能量過早耗盡，減少了網絡最大生存時間。

多路徑路由克服了單路徑路由上述的缺點，具有單路徑路由無法比擬的優勢，因此，多路徑路由算法的研究越來越引起人們的重視。按照路徑相交原則分為多路徑路由可以分為交織多路徑和不相交多路徑，其中根據不相交的對象不相交多路徑可以分為兩種：節點不相交和鏈路不相交。節點不相交實際上是保證了各條鏈路的各自獨立，互不影響，所以使用節點不相交路由更為合適。但是，節點不相交的條件比鏈路不相交的條件苛刻得多，因此節點不相交路由最少，也很難尋找。特別是在節點間距離增大的時候，節點不相交路由更少，因此需要在多種多路徑方式中進行考慮，從數據傳輸可靠性、負載均衡以及傳輸時延的角度建立多路徑路由協議。

目前已有很多關于多路徑路由的研究，然而目前的多路徑路由協議，大都是從負載均衡以及能量有效的角度考慮，并沒有考慮到傳感器網絡實際應用中無效域的存在。在無線傳感器網絡中，由于節點分布不均勻以及能量消耗的不均衡，經常會出現能量空洞、數據擁塞區、覆蓋盲區等數據傳輸不可靠的無效區域。傳統的多路徑路由協議，并沒有考慮這些導致數據傳輸不可靠因素，因此也就不能保證數據傳輸的準確和及時性。因此，如何在考慮負載均衡及能量有效前提下，設計保證數據傳輸可靠、時延最小的數據路由協議，成為無線傳感器網絡多路徑路由需要解決的關鍵問題。

發明內容

本發明的目的在于改進上述現有技術中的不足而提供一種支持有效域區分的無線傳感器網絡多徑路由方法。能夠在數據傳輸的穩定性和負載均衡、能量消耗均衡等方面同原單路徑路由相比具有一定的優勢。本發明解決了由于無效域的存在而導致數據傳輸不可靠的問題，建立多路徑路由方法繞過無效區域，從而提高數據傳輸的穩定性。

本發明的目的通過以下措施來達到：

一種支持有效域區分的無線傳感器網絡多徑路由方法，包括如下步驟：

1)節點初始化，向周圍一跳節點廣播HELLO消息；

2)節點收到HELLO消息，將HELLO消息源節點地址加到鄰居節點表；

3)源節點采集到數據，要向目的節點發送數據時，查詢路由表，發現無達到目的節點的路由表項，廣播一個路由請求消息；

4)中間節點收到路由請求消息，首先檢測自己是否是無效節點，若為無效節點則直接丟棄路由請求消息，若不是無效節點，則繼續廣播路由請求消息；

5)目的節點收到各個節點來的路由請求消息，進行比較，選擇至少2條性能最好的路徑存到路由請求表緩存，然后發送2條路由回復消息；

6)中間節點收到第一個路由回復消，給路由表項設上標志，表示自己已經是路徑上的一個轉發節點；

7)如果節點再次收到到達相同源節點的路由回復消，則啟動鄰居表交互方法，查找跟上一跳節點共同的鄰居，設為下一跳節點，第二條路由回復消繼續傳播；

8)源節點收到路由回復消之后則隨機選擇一條路由發送數據。

其中啟動鄰居表交互方法步驟為：

1)給第二條路徑它的上一跳節點H發送鄰居表通告消息；