[發明專利]無線傳感網絡基于節點負載均衡的分布式路由方法

無效

• 申請號: 201210063110.3
• 申請日: 2012-03-12
• 公開（公告）號: CN102595505A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 黃劉生;郭偉杰;謝杰濤;徐宏力
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學蘇州研究院
• 主分類號: H04W28/08
• 分類號: H04W28/08;H04W40/24
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 范晴

技術領域

本發明屬于網絡優化技術領域，具體涉及一種基于全新綜合路由尺度(Route?Scale，RS)的無線傳感器網絡(Wireless?Sensor?Networks，WSN)分布式路由方法。?

背景技術

無線傳感器網絡(Wireless?Sensor?Networks，WSN)是一種無基礎設施的網絡，它由一組傳感器節點以無線自組織方式構成，其目的是協作感知、采集和處理網絡覆蓋地理區域中感知對象的信息，并對這些數據進行處理，最終將這些信息傳送到需要的用戶，而這就要求WSN具備長期可靠的數據匯聚功能。?

數據匯聚技術是將多份數據或信息進行處理，組合出更有效、更符合用戶需求的數據的過程。數據匯聚是數據傳輸的路由問題，是WSN的核心技術之一。在文獻[Shio?Kumar?Singh，M?P?Singh，and?D?K?Singh，“Routing?Protocols?in?Wireless?Sensor?Networks-A?Survey”，IJCSES?Vol.1，No.2，November?2010；]中總結了當前WSN中的常見路由協議，大多以Ad?hoc路由協議為基礎，針對不同的應用場景定制而成，缺乏一般場景適應性。由于WSN與傳統的無線網絡不同，網絡中的數據流要遠遠大于控制流，其節點的計算能力、無線帶寬和電池容量有限，周圍復雜環境條件的變化、網絡節點的失效和新節點的加入導致WSN網絡拓撲結構不斷變化。?

大多數路由協議很難適應快速變化的網絡拓撲結構，造成位于核心位置的局部節點負載過重和能量過度消耗，大大縮減了WSN的工作壽命。由于瓶頸節點限制了整體吞吐量，數據丟包現象嚴重。在面向數據匯聚的應用中，網絡工作壽命和傳輸可靠性是首要追求目標。本發明因此而來。?

發明內容

本發明提出了一種適合一般數據匯聚場景的分布式路由算法，在保證WSN數據傳輸可靠性的同時，提高網絡負載整體的均衡度，有效提高網絡整體吞吐量和延長了WSN的工作壽命，簡單高效。?

為了解決現有技術中的這些問題，本發明提供的技術方案如下：?

一種無線傳感網絡基于節點負載均衡的分布式路由方法，其特征在于所述方法包括以下步驟：?

(1)所有節點按周期T₁發送路由廣播報文，將節點自身的路由信息發送給鄰居節點；?

(2)節點根據接收到的路由廣播報文，更新自身的鄰居節點列表；?

(3)節點根據鄰居節點列表內容，對候選父節點列表中各父節點進行信道質量(Channel?Quality，CQ)監控和節點性能(Node?Capability，NC)評估；?

(4)每隔周期T₂，節點根據鄰居節點列表計算網絡不均衡度(Network?UnBalanced，NUB)，根據信道質量CQ值和節點性能NC值計算鏈路可靠性(Link?Reliability，LR)；并且基于父節點的不均衡度NUB和鏈路可靠性LR計算其對應的綜合路由尺度(Route?Scale，RS)，其中T₂＜T₁；?

(5)節點需要發送數據時，根據候選父節點列表中各父節點的綜合路由尺度動態選擇最佳路由；當父節點頻繁切換時，重復步驟(1)至步驟(5)實現網絡路由信息的周期性更新。?

優選的，所述方法步驟(1)中使用的路由信息報文格為<節點號ID，路由更新次數C，節點到Sink節點的跳數HOP，網絡不均衡度NUB>。?

優選的，所述方法步驟(1)中無線傳感網絡初始化時，所有節點C＝0、NUB＝1，Sink節點的HOP＝0，其余節點HOP值為無窮大。?

優選的，所述方法步驟(2)中更新自身的鄰居節點列表步驟是根據報文中HOP和本地路由表HOP值的大小比較結果來進行的；如果廣播報文中HOP小于當前節點HOP值，則將該節點存放入候選父節點列表，否則放入子節點列表。?

優選的，所述方法步驟(2)中節點的負載不均衡度NUB等于以其為根的子樹所包含的節點數之和，其中葉子節點的NUB為1，內部節點的NUB為其所有直接孩子NUB值的和+1，整個網絡的負載不均衡度NUB為網絡中所有節點的NUB值之和。?

優選的，所述方法步驟(3)中候選父節點列表中每一個候選父節點按?式(I)計算它的CQ值：?