[發明專利]一種低時延的容遲容斷傳感器網絡的組播路由算法

有效

• 申請號: 201210529624.3
• 申請日: 2012-12-10
• 公開（公告）號: CN102970722A
• 公開（公告）日: 2013-03-13
• 發明（設計）人: 劉濤;郝聶送
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: H04W40/02
• 分類號: H04W40/02;H04W84/18
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 皋吉甫

技術領域

本發明屬于移動性較強的大規模網絡中的組播路由領域，特別是涉及容遲容斷傳感器網絡（DTSN）中的組播路由，針對基于低時延的組播路由算法進行了設計。

背景技術

面對傳統網絡結構不能有效的適用于星際互聯網問題，Kevin?Fall等相關科研工作者提出一種稱為“容遲容斷網絡”（Delay?Tolerant?Network，DTN）的新術語，之后又將這一概念推廣到某些地面無線通信網絡，如海底網絡、軍事戰術網絡、Ad?hoc網絡、傳感器網絡等，將這些受限網絡統稱為“容遲容斷網絡”。

容遲容斷傳感器網絡指的是將傳感器節點分散在某個區域自由移動或者綁定在某些移動的物體上（如車輛、動物）以收集指定信息，而形成的網絡拓撲結構不斷變化、通信鏈路頻繁割裂的無線網絡。網絡的匯聚中心負責將接收到的傳感器節點發送的信息轉發給骨干網絡接入點。容遲容斷傳感器網絡由于應用了傳感器技術，可以在許多因技術條件限制、地理環境惡劣的特殊場景實現自主組網，實現數據傳輸，因此容遲容斷傳感器網絡的應用場景非常廣泛，有陸地民用網絡，包括各種基礎設施薄弱的地域的移動無線設備的互聯；軍用戰場無線網絡，包括軍事環境中的各種移動無線設備的互聯；外太空網絡，包括太空中各種人類發射的各種設備間的互聯。

本發明涉及容遲容斷傳感器網絡的組播路由算法（協議），其特點如下：

（1）網絡拓撲結構隨機變化，移動的傳感器節點以自組織方式完成組網過程，受能量因素的制約，節點的生存時間有限。

（2）通信鏈路間呈現歇連接，實時性傳輸困難，消息的傳輸以多跳路由的方式完成以達到均衡能量損耗的目的。

（3）應用場景的特殊性，使得帶寬具有時變的特性。

（4）由于傳感器節點的自身能量的有限性，協議設計過程中必須考慮節點能量損耗問題，防止傳感器節點因為能源耗盡原因而造成的節點死亡。

（5）受傳感器節點的存儲能力和數據處理能力的制約，要求協議的的設計簡單有效。

容遲容斷傳感器網絡由于其應用場景比較特殊，設計一個適用于所有場景的組播路由算法是不太現實的，本發明主要是研究容遲容斷傳感器網絡組播路由算法，主要的是為了實現數據傳輸的實時、可靠，能夠滿足一些的應用場景下的服務質量需求。

發明內容

本發明為了解決DTSN網絡的高間斷性連接引起的路由失敗以及節點能源消耗進行優化，實現降低傳輸時延以及均衡能量消耗的目標，提出一種基于分簇的容遲容斷傳感器網絡組播路由算法：MRPBC（Multicast?Routing?Protocol?Based?on?Cluster?of?Delay?Tolerant?Sensor?Network),該算法的核心思想是：以簇間節點間、簇內節點間不同傳輸功率來實現路由的快速發現，從而降低了數據傳輸延遲；以高效的分簇算法來實現網絡的能量均衡，從而延長網絡生命周期；同時傳感器節點數據融合的技術的引進也能夠極大地減小信息冗余量，使得數據傳輸量大為減少。

本發明提供一種基于分簇的容遲容斷傳感器網絡組播路由算法，該算法是利用分簇的方法將網絡分級，將網絡劃分為若干個簇，根據相應的簇頭選舉算法選舉簇頭，簇頭節點間與簇內節點間利用不同的數據發送功率進行消息的傳輸，簇頭節點間開啟大功率傳輸模式，簇內節點間開啟普通功率傳輸模式，該算法能降低所述網絡的傳輸延遲以及實現所述網絡中節點的能量均衡。設置普通功率和大功率兩種模式的目的主要是利用發送功率大小的不同來控制消息傳輸的覆蓋范圍，從而有效的降低節點因傳輸消息而造成的的能量損耗。

本發明的有益效果是：通過將網絡進行分簇，實現了簇內與簇間的不同傳輸模式，所以分組可以快速的在網絡中進行傳輸；由于分簇中考慮到節點緩存、能量等因素，網絡中的緩存和能量較小的節點當選為簇頭節點的概率大為降低，使得分組因為擁塞、能量等因素造成的延遲大為降低，同時延長了網絡的生命周期。通過請求分組的傳輸構建從組播組節點到源節點的逆向路由，實現分組傳輸的有效性。

附圖說明

圖1為本發明中的分簇網絡結構圖；

圖2為本發明組播路由的請求過程的流程圖；

圖3為本發明中組播路由應答過程的流程圖；

圖4為本發明中的JOIN_ASK數據包格式示意圖；

圖5為JOIN_REPLY數據包格式示意圖。

具體實施方式：

以下結合說明書附圖對本發明的具體實施方式作詳細說明：