[發明專利]無線網絡中多跳鏈路質量估計方法及多基站動態切換方法

有效

• 申請號: 201410542728.7
• 申請日: 2014-10-14
• 公開（公告）號: CN104270783B
• 公開（公告）日: 2018-01-12
• 發明（設計）人: 李亞;姜世英;王鵬軍;華浩;費曉天;湯韜;華學明;鄭青波
• 申請（專利權）人: 北京源清慧虹信息科技有限公司
• 主分類號: H04W24/02
• 分類號: H04W24/02;H04W28/08
• 代理公司: 北京展翼知識產權代理事務所(特殊普通合伙)11452
• 代理人: 屠長存

技術領域

本發明涉及無線網絡技術，具體地涉及無線網絡中的多跳鏈路質量估計及多基站動態切換。

背景技術

近年來，無線網絡技術特別是無線傳感網技術獲得了較快發展，已被廣泛應用于工業自動化、物聯網、智能家居、無線抄表等多個領域。基于路由交換的路由協議是一種適合于中等規模的無線網絡的路由協議，具有能耗較低、可靠性較高的特點。各節點按照該路由協議建立到基站的無線連接，組成具有特定拓撲結構的無線網絡。例如，對于無線傳感網，在傳感器節點的運算、存儲、供能受限的背景下，優秀的路由協議是組建穩定可靠、低功耗、壽命長的無線傳感器網絡的必要條件。

然而，目前針對無線網絡提出的基于路由交換的路由協議有以下問題：鏈路質量估計僅采用鏈路丟包率作為衡量標準，使得路由協議的能耗均衡性差，即無線網絡中各節點的能耗不平衡，靠近簇頭的節點的能耗顯著高于網絡邊緣節點的能耗，這降低了網絡整體的壽命；路由協議的傳輸可靠性不夠高，在信道環境差的通信環境中傳輸可靠性得不到保障。

發明內容

為了克服現有技術存在的上述問題，本發明提出針對無線網絡的新的多跳鏈路質量估計方法以及多基站動態切換方法，以改進現有的路由協議。

根據本發明的一種無線網絡中多跳鏈路的質量估計方法包括以下步驟：對于該無線網絡中由一個節點及其鄰居節點構成的每個單跳鏈路，根據該節點的剩余電量以及該單跳鏈路的丟包率來確定該單跳鏈路的質量估計值；以及對于該無線網絡中由多個單跳鏈路構成的多跳鏈路，通過將所述多個單跳鏈路的質量估計值累加而得到該多跳鏈路的質量估計值。

根據本發明的一種在具有多個基站的無線網絡中的多基站動態切換方法包括以下步驟：a)每個基站確定自己到該無線網絡中各個節點的各條下行路由的多跳鏈路質量估計值,并將這些多跳鏈路質量估計值累加而得到自己的全網鏈路質量估計值；b)各個基站相互通信，以根據各自的全網鏈路質量估計值來協商確定具有最優全網鏈路質量的最優基站；c)該最優基站向該無線網絡中所有節點廣播信息，宣布自己成為新的上行基站，以使得該無線網絡中所有節點將路由切換到該最優基站；以及d)周期性地重復步驟a至c，其中，每個基站通過以下方式確定所述多跳鏈路質量估計值：對于該基站的每條下行路由中由一個節點及其鄰居節點構成的每個單跳鏈路，根據該節點的剩余電量以及該單跳鏈路的丟包率來確定該單跳鏈路的質量估計值；以及對于該基站的每條下行路由的由多個單跳鏈路構成的多跳鏈路，通過將所述多個單跳鏈路的質量估計值累加而得到該多跳鏈路的質量估計值。

根據本發明，鏈路質量估計綜合采用節點剩余電量與鏈路丟包率作為衡量標準，能夠很好地平衡無線網絡中各個節點數據傳輸的能耗，避免部分節點過快用盡電量，從而延長整個網絡的工作壽命。此外，多基站動態切換使得無線網絡即使在信道環境差的通信環境中也具有較高的傳輸可靠性和穩定性，能夠有效提高全網數據傳輸質量。

附圖說明

圖1是根據本發明的無線網絡中多跳鏈路質量估計方法的流程圖；以及

圖2是根據本發明的無線網絡中多基站動態切換方法的流程圖。

具體實施方式

如圖1所示，根據本發明的無線網絡中多跳鏈路的質量估計方法包括以下步驟：對于該無線網絡中由一個節點及其鄰居節點構成的每個單跳鏈路，根據該節點的剩余電量以及該單跳鏈路的丟包率來確定該單跳鏈路的質量估計值(步驟S11)；以及對于該無線網絡中由多個單跳鏈路構成的多跳鏈路，通過將所述多個單跳鏈路的質量估計值累加而得到該多跳鏈路的質量估計值(步驟S12)。

為了平衡無線網絡中各個節點數據傳輸的能耗，本發明綜合采用節點剩余電量與鏈路丟包率作為單跳鏈路質量衡量標準。例如，所述單跳鏈路的質量估計值可以按以下公式計算：

其中，EET_single表示所述單跳鏈路的能量傳輸期望值(Energy Expect Transmission)即質量估計值，L表示所述單跳鏈路的丟包率，E表示所述節點的剩余電量，α是根據所述無線網絡的能耗情況而確定的能量影響因子，其取值范圍優選為0.5＜α＜3。當然，本發明不限于按公式1來計算單跳鏈路的質量估計值，本領域技術人員可以想出其它各種變形公式。此外，所述無線網絡可以是無線傳感網，所述節點可以是傳感器節點。