[發(fā)明專利]一種改進(jìn)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量多路徑路由方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410551187.4
• 申請(qǐng)日: 2014-10-16
• 公開（公告）號(hào): CN104333883A
• 公開（公告）日: 2015-02-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李琴
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京郵電大學(xué)
• 主分類號(hào): H04W40/10
• 分類號(hào): H04W40/10;H04W52/02
• 代理公司: 南京知識(shí)律師事務(wù)所 32207
• 代理人: 汪旭東

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種改進(jìn)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量多路徑路由方法。

背景技術(shù)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由分布在指定區(qū)域內(nèi)的大量傳感器節(jié)點(diǎn)以自組織和多跳的方式構(gòu)成的無線網(wǎng)絡(luò)，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中感知對(duì)象的信息，并發(fā)送給觀察者。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)區(qū)別于傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)主要有以下特點(diǎn)：通信能力有限、電源能量有限、大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)、自組織網(wǎng)絡(luò)和動(dòng)態(tài)性網(wǎng)絡(luò)?；谏鲜鎏攸c(diǎn)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療護(hù)理、軍事領(lǐng)域和搶險(xiǎn)救災(zāi)中都有廣泛的應(yīng)用。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，能量受限一直是一個(gè)問題，諸多因素影響了網(wǎng)絡(luò)的生命周期。例如，傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)電池的壽命，網(wǎng)絡(luò)能耗均衡問題，傳感器節(jié)點(diǎn)處于接收、傳輸、偵聽和空閑狀態(tài)的時(shí)長等。研究無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能耗均衡和功率控制對(duì)延長傳感器網(wǎng)絡(luò)生命周期有著重要的意義。

路由協(xié)議作為傳感器網(wǎng)絡(luò)最重要的一個(gè)部分，負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)分組從源節(jié)點(diǎn)傳送到匯聚節(jié)點(diǎn)，在降低網(wǎng)絡(luò)能耗和保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確傳輸方面起著重要的作用。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)能量有限且一般沒有能量補(bǔ)充，因此路由協(xié)議需要高效利用能量，同時(shí)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)目往往很大，節(jié)點(diǎn)只能獲取局部拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)信息，路由協(xié)議要能在局部網(wǎng)絡(luò)信息的基礎(chǔ)上選擇合適的路徑。傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的路由機(jī)制往往選擇源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)之間跳數(shù)最少的路徑傳輸數(shù)據(jù)，但在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，如果頻繁使用同一條路徑傳輸數(shù)據(jù)，就會(huì)造成該路徑上的節(jié)點(diǎn)因能量消耗過快而過早失效，從而使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)分割成互不相連的孤立部分，減少了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的生存期。為此，Rahul?C.Shah等人提出了一種能量多路徑路由機(jī)制。該機(jī)制在源節(jié)點(diǎn)和匯聚節(jié)點(diǎn)之間建立多條路徑，根據(jù)路徑上節(jié)點(diǎn)的通信能量消耗以及節(jié)點(diǎn)的剩余能量情況，給每條路徑賦予一定的選擇概率，使得數(shù)據(jù)傳輸均衡消耗整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的能量，延長網(wǎng)絡(luò)生命周期。但是該機(jī)制沒有考慮到路由跳數(shù)限制，一般來說無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能耗是不均勻的，在進(jìn)行一段時(shí)間后邊緣節(jié)點(diǎn)的剩余能量往往會(huì)高一些，這時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)一條跳數(shù)很多的路徑，而且這條路徑的能耗也比較多，但能量多路徑路由機(jī)制會(huì)因?yàn)槭Ｓ嗄芰康脑蜻x擇這條路徑，從而增加了通信能耗和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)延時(shí)。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供一種改進(jìn)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量多路徑路由方法，該方法可以減少網(wǎng)絡(luò)能耗，延長網(wǎng)絡(luò)生命周期。

為了解決上述技術(shù)問題提出的技術(shù)方案是：一種改進(jìn)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量多路徑路由方法，包括如下步驟：匯聚節(jié)點(diǎn)在查詢消息中添加平均跳數(shù)用以記錄當(dāng)前節(jié)點(diǎn)到匯聚節(jié)點(diǎn)的平均跳數(shù)，網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)均需要根據(jù)上一跳節(jié)點(diǎn)，即中間節(jié)點(diǎn)的平均跳數(shù)判斷是否將其作為鄰居節(jié)點(diǎn)加入本地路由表，舍棄跳數(shù)過大的路徑；

節(jié)點(diǎn)在建立本地路由表后，需要根據(jù)路由表中鄰居節(jié)點(diǎn)的平均跳數(shù)計(jì)算節(jié)點(diǎn)本身的平均跳數(shù)，并將其添加到查詢消息中，繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)；在轉(zhuǎn)發(fā)過程中，節(jié)點(diǎn)只向那些相比于自己距離源節(jié)點(diǎn)更近且距離匯聚節(jié)點(diǎn)更遠(yuǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)查詢消息；如果沒有滿足條件的鄰居節(jié)點(diǎn)，則丟棄該消息；

隨著無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行，各個(gè)節(jié)點(diǎn)的能量發(fā)生著變化，β值也將隨之變化，這樣才能適應(yīng)變化的網(wǎng)絡(luò)，選擇最優(yōu)路徑；β值與網(wǎng)絡(luò)整體剩余能量有關(guān)，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)整體剩余能量較多時(shí)，說明節(jié)點(diǎn)均處于良好的通信狀態(tài)，這時(shí)可以選擇跳數(shù)較小的路徑來降低傳輸延時(shí)；當(dāng)網(wǎng)絡(luò)整體剩余能量下降時(shí)，β值也會(huì)調(diào)整，適當(dāng)增大，以保證有足夠的節(jié)點(diǎn)以供選擇傳輸路徑，使得網(wǎng)絡(luò)處于一個(gè)相對(duì)較優(yōu)的通信狀態(tài)。

優(yōu)選的：匯聚節(jié)點(diǎn)所發(fā)出的查詢消息中添加平均跳數(shù)域，用以記錄當(dāng)前節(jié)點(diǎn)到匯聚節(jié)點(diǎn)的平均跳數(shù)，平均跳數(shù)域初始值為0表示從匯聚節(jié)點(diǎn)開始。

優(yōu)選的：網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)均需要根據(jù)上一跳節(jié)點(diǎn)，即中間節(jié)點(diǎn)的平均跳數(shù)判斷是否將其作為鄰居節(jié)點(diǎn)加入本地路由表，舍棄跳數(shù)過大的路徑，節(jié)點(diǎn)根據(jù)查詢消息中提供的上一跳節(jié)點(diǎn)，即中間節(jié)點(diǎn)的平均跳數(shù)，選擇出其中的最小值minU_i,k最為判斷基準(zhǔn)，β是大于1的調(diào)節(jié)系數(shù)，其大小直接決定跳數(shù)約束條件的嚴(yán)苛程度，即β越大，跳數(shù)約束條件越寬松，有更多的節(jié)點(diǎn)可以加入到路由表中，節(jié)點(diǎn)j將節(jié)點(diǎn)i加入本地路由表FT_j中的跳數(shù)約束條件為：

FT_j＝{i|U_i,j≤β*(minU_i,k)},k∈FT_j

其中U_i,j表示節(jié)點(diǎn)i的平均跳數(shù)，minU_i,k是節(jié)點(diǎn)j的鄰居節(jié)點(diǎn)中的最小平均跳數(shù)。