[發(fā)明專利]基于調(diào)度與鏈路質(zhì)量的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由方法

有效

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• 申請日: 2010-05-25
• 公開（公告）號: CN101854696A
• 公開（公告）日: 2010-10-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王平;楊信錕;張志強(qiáng);張冬;汪喆;王恒
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶郵電大學(xué)
• 主分類號: H04W40/12
• 分類號: H04W40/12;H04W84/18
• 代理公司: 北京同恒源知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由方法。

背景技術(shù)

傳感器網(wǎng)絡(luò)(感知網(wǎng)絡(luò))是由許多在空間上分布的自動裝置組成的一種計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，這些裝置使用傳感器協(xié)作地監(jiān)控不同位置的物理或環(huán)境狀況(比如溫度、聲音、振動、壓力、運(yùn)動或污染物)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)的發(fā)展最初起源于戰(zhàn)場監(jiān)測等軍事應(yīng)用。而現(xiàn)今無線傳感器網(wǎng)絡(luò)被應(yīng)用于很多民用領(lǐng)域，如智能樓宇、智能家居和工業(yè)自動化等。

在工業(yè)界，如果使用有線傳感器網(wǎng)絡(luò)，成本較高且實(shí)現(xiàn)起來困難，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的引入解決了工業(yè)現(xiàn)場布線困難、安裝維護(hù)成本高等問題。工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)以其低功耗，低成本的特點(diǎn)，已成為工業(yè)自動化領(lǐng)域的又一發(fā)展趨勢。工業(yè)環(huán)境下建立具有高可靠性的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)已成為一個迫切的需求。

在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，研究大多數(shù)路由算法的時候只考慮最優(yōu)的鏈路質(zhì)量而不管發(fā)送數(shù)據(jù)的傳輸時間。而另外一些研究只考慮了點(diǎn)到點(diǎn)的延時來找到最優(yōu)路徑。這樣的話，在最優(yōu)路徑上的一些節(jié)點(diǎn)就具有過大的負(fù)載，節(jié)點(diǎn)將會因?yàn)檫^大的能量消耗而過早的失去作用，無法有效解決丟包、延時等問題。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種基于調(diào)度與鏈路質(zhì)量的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由方法，能進(jìn)一步減小或消除無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸過程中容易出現(xiàn)丟包、延時等問題，保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：基于調(diào)度與鏈路質(zhì)量的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由方法，包括如下步驟：

a)選取網(wǎng)絡(luò)中鏈路質(zhì)量最優(yōu)的路徑；

b)計算所選取的路徑上源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸延時，將計算結(jié)果與全網(wǎng)調(diào)度要求的從源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸時間閥值進(jìn)行比較，判斷是否符合調(diào)度的要求；若符合調(diào)度要求就選取此路徑作為通信路徑；若不符合要求則執(zhí)行步驟c)；

c)從網(wǎng)絡(luò)中選取出鏈路質(zhì)量相比上次選取次優(yōu)的路徑；

d)重復(fù)執(zhí)行步驟b、c)，直至選取出符合調(diào)度要求的條件下鏈路質(zhì)量最好的路徑。

進(jìn)一步，所述數(shù)據(jù)傳輸延時為目的節(jié)點(diǎn)經(jīng)各個路由節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的時隙偏移總和；

進(jìn)一步，所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，由系統(tǒng)管理器對通信子網(wǎng)進(jìn)行集中式管理，所述基于調(diào)度與鏈路質(zhì)量的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由方法包括如下步驟：

1)當(dāng)源節(jié)點(diǎn)需要發(fā)送數(shù)據(jù)到目的節(jié)點(diǎn)時，向系統(tǒng)管理器發(fā)出路由請求；

2)系統(tǒng)管理器收到路由請求之后通過步驟a-d)獲得的符合調(diào)度要求的條件下鏈路質(zhì)量最好的路徑，并在源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)之間的建立一個合約，以及一個標(biāo)識該合約的合約ID；

3)選取圖路由的路由方式，生成一個圖ID標(biāo)識最優(yōu)通信路徑，將合約ID、圖ID下發(fā)到路徑上的源節(jié)點(diǎn)、路由節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)；

4)路徑上的節(jié)點(diǎn)在接收到系統(tǒng)管理器下發(fā)的相關(guān)通信信息后，將合約ID存儲在本設(shè)備網(wǎng)絡(luò)層的合約表中，將圖ID、下一跳地址等信息存儲在本設(shè)備數(shù)據(jù)鏈路層的路由表項(xiàng)中；

5)源節(jié)點(diǎn)開始發(fā)送數(shù)據(jù)時，通過目的地址在網(wǎng)絡(luò)層的合約表中查詢到對應(yīng)的合約表得到合約ID，并下發(fā)到數(shù)據(jù)鏈路層；通過合約ID在數(shù)據(jù)鏈路層的合約ID中查詢得到圖ID和下一跳節(jié)點(diǎn)的地址，做出路由選擇，并將這些信息裝載進(jìn)數(shù)據(jù)幀中進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送；

6)路由節(jié)點(diǎn)在轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀時，通過解析數(shù)據(jù)幀中得到圖ID，通過圖ID查詢本設(shè)備數(shù)據(jù)鏈路層的路由表項(xiàng)，得到下一跳節(jié)點(diǎn)的地址進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，直到數(shù)據(jù)幀到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)；

進(jìn)一步，步驟a)中，設(shè)備通過掃描鄰居設(shè)備，解析數(shù)據(jù)幀尾部的相關(guān)值來計算鏈路質(zhì)量。

相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的方法采用跨層設(shè)計的思想，考慮到物理層、MAC層和DLL層對網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行和能量消耗都有重要影響的，對網(wǎng)絡(luò)各層進(jìn)行協(xié)同研究，同時采用兩種度量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行路徑選擇，以傳輸延時作為路由選路的標(biāo)準(zhǔn)之一；同時評估底層的通信鏈路，選取通信鏈路質(zhì)量較好的通信路徑進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)，將通信鏈路質(zhì)量也作為路由選路的標(biāo)準(zhǔn)之一，因此本發(fā)明的路由方法既滿足了全網(wǎng)調(diào)度的要求又具有較好通信鏈路的路徑進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)，可以此提高無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信的可靠性；在進(jìn)一步的技術(shù)方案中，采用基于TDMA時隙接入的全網(wǎng)調(diào)度技術(shù)，以路徑上相鄰節(jié)點(diǎn)之間時隙偏移產(chǎn)生的傳輸延時作為路由選路的標(biāo)準(zhǔn)；本發(fā)明還公開了能具體用于ISA100.11a網(wǎng)絡(luò)的路由方法。