[發明專利]一種無線傳感網絡中快速路由的方法及裝置

有效

• 申請號: 201310318724.6
• 申請日: 2013-07-26
• 公開（公告）號: CN103369621A
• 公開（公告）日: 2013-10-23
• 發明（設計）人: 王洋
• 申請（專利權）人: 深圳職業技術學院
• 主分類號: H04W40/02
• 分類號: H04W40/02;H04W84/18
• 代理公司: 深圳市科吉華烽知識產權事務所(普通合伙) 44248
• 代理人: 羅志強;黃震

技術領域

本發明涉及一種無線傳感網絡中的路由方法及裝置，尤其涉及一種無線傳感網絡中的快速路由方法及裝置。

背景技術

目前，智慧城市的建設以及物聯網產業的迅猛發展，使得大規模無線傳感網絡的應用和移動節點與靜態節點混合并存情況更加普遍，這些都對無線傳感網絡提出了更高的要求。在此種背景下，傳感器節點的數量可能達到幾百萬個。網絡經常有新節點加入或已有節點失效，網絡拓樸結構變化快，人很少干預其運行。傳感器必須具有相應的通信協議必須具有可重構和自適應性、高健壯性和容錯性。在這方面的研究中，目前尚存在幾個值得思考的問題：比如，如何實現精簡協議族、如何實現節點的自組織和重配置、如何設計異構的網絡路由協議、如何設計適用于移動的網絡路由協議以及網絡安全問題。尤其是，當網絡有一種緊急的消息或者高優先級的消息需要在盡可能短的時間內傳輸到網關時，需要有一種能夠支持該消息發送的特有路由協議支持。

現有的無線傳感網絡的傳統路由協議主要有：

1、擴散法(Flooding)

擴散法是一種傳統的最基本的網絡路由協議，不需要知道網絡拓樸結構和使用任何路由算法。節點將數據副本廣播給每個鄰居節點，鄰居節點又將其傳輸給各自的每個鄰居節點，直到將數據傳輸到目標節點為止。優點：①實現簡單；②不需要為保持網絡拓撲信息和實現復雜的路由發現算法而消耗計算資源；③適用于健壯性要求高的場合。缺點：①存在信息爆炸(Implosion)問題；②出現部分重疊(Overlap)現象；③盲目使用資源。

2、閑聊法

Hedeniemi?S等人提出的Gossiping閑聊法是擴散法的改進版本。節點隨機選擇某一個鄰居節點轉發分組，而不是用廣播，如果一個節點第二次收到它的鄰居節點的數據副本，則將此數據發回鄰居節點。優點：節約能量，?避免了“內爆”問題。缺點：仍然無法解決部分重疊現象和盲目使用資源問題，而且數據傳輸平均時延拉長，傳輸速度變慢。

3、以數據為中心的路由協議

以數據為中心的路由協議是基于查詢和對目標數據的命名之上的，通過數據聚合減少重復的數據傳送。以數據為中心路由還可分為：事件驅動模式和查詢驅動模式。其中，SPIN?(Sensor?Protocols?for?Information?via?Negotiation)是由Kaulik等提出的第一種以數據為中心的自適應通信路由協議。節點僅廣播采集數據的屬性描述信息（元數據meta-data）而不是數據本身，當有相應的請求時，才有目的地發送數據信息。優點：①元數據的傳輸耗能相對較少；②只廣播其它節點沒有的數據，減少了能耗；③不維護鄰居節點信息，適應節點移動的情況。缺點：健壯性差。會出現“數據盲點”，進而影響整個網絡信息的收集。不適用于高密度節點分布的情況。

4、謠傳路由(rumor?routing)

Boulis等人提出的謠傳路由是Directed?Diffusion的一個改進。節點的代理消息、匯聚節點的查詢消息各自沿隨機路徑傳播。當兩條路徑交叉在一起時，形成一條完整路徑。優點：避免了大量擴散過程，顯著節省能量。適用于數據傳輸量較小的情況。缺點：如果網絡拓樸結構頻繁變動，性能大幅下降。

5、MTE（Minimum?Transmission?Energy）

當節點經中轉到目的節點的傳輸能量小于它的最短路徑的傳輸能量時，選擇該中轉節點轉發數據。優點：簡單、開銷小，每個節點只需要找到通往Sink節點的下一跳節點，然后把數據發給它。缺點：節點之間負載不平衡，靠近匯聚節點的節點因路由任務過重很快耗盡能量而死亡，縮短了整個網絡的生命。

6、基于地理位置的路由協議

基于地理位置的路由協議利用位置信息傳送數據到指定區域而不是整個網絡，來降低能耗。這方面的協議主要是來源于移動Ad-hoc網絡，設計時考慮了節點的移動性。但是它們在節點移動很少或者根本不移動的情況下也非常適用。其中，GEAR?(Geographic?and?Energy?Aware?Routing)?GEAR也可以認為是Directed?Diffusion方法的一種改進。利用位置信息向某一個特定的區域廣播查詢請求，根據位置信息和節點能量剩余情況，將數據發回到匯聚節點。優點：避免了擴散傳播，節省能源，網絡壽命延長。缺點：由于缺乏足夠的拓樸信息，路由過程中可能遇到路由空洞，反而降低了路由效率。只適用于節點移動性不強的應用環境。

7、基于服務質量的路由協議