[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于信息高速通道的無(wú)線傳感網(wǎng)跨層路由方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410619657.6
• 申請(qǐng)日: 2014-11-05
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104363628A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-02-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 饒?jiān)?/a>;曹一明;鄧成;朱軍;江朝輝;王永梅;李旸;陳衛(wèi);傅雷揚(yáng);商伶俐;高寧;馬玉寶;丁仁源
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H04W40/24
• 分類(lèi)號(hào): H04W40/24
• 代理公司: 北京方圓嘉禾知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11385
• 代理人: 董芙蓉

1.一種基于信息高速通道的無(wú)線傳感網(wǎng)跨層路由方法，其特征在于：

工作過(guò)程是由不斷交替的兩個(gè)階段組成的，這兩個(gè)階段分別為通道搭建期和數(shù)據(jù)傳輸期；通道搭建期和數(shù)據(jù)傳輸期交錯(cuò)進(jìn)行；通道搭建期完成高速信息通道的搭建，并且通道搭建期的時(shí)長(zhǎng)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于數(shù)據(jù)傳輸期的時(shí)長(zhǎng)；在數(shù)據(jù)傳輸期內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行正常的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸；

所述通道搭建期整體分為三個(gè)階段，首先Sink節(jié)點(diǎn)完成網(wǎng)絡(luò)整體拓?fù)涞奶綔y(cè)，獲取節(jié)點(diǎn)分布情況以及能量、性能等參數(shù)；然后通過(guò)計(jì)算選取出適合的節(jié)點(diǎn)形成穩(wěn)定的高速信息通道，并且告知這些節(jié)點(diǎn)被選取為高速通道節(jié)點(diǎn)；最后由各個(gè)高速通道節(jié)點(diǎn)依次向周邊鄰居節(jié)點(diǎn)廣播自己的身份，網(wǎng)絡(luò)中普通節(jié)點(diǎn)根據(jù)這些廣播信息計(jì)算出一個(gè)進(jìn)入信息通道的最佳入口節(jié)點(diǎn)。

2.如權(quán)利要求1所述的一種基于信息高速通道的無(wú)線傳感網(wǎng)跨層路由方法，其特征在于：

所述通道搭建期采用一種基于鄰居發(fā)現(xiàn)與距離值、能量參數(shù)計(jì)算的信息高速通道搭建方法，具體步驟如下：

(1)、整體探測(cè)期

首先Sink節(jié)點(diǎn)會(huì)廣播一個(gè)網(wǎng)絡(luò)探測(cè)報(bào)文，其中有一個(gè)距離字段，Sink節(jié)點(diǎn)生成報(bào)文時(shí)初始值為0，每經(jīng)過(guò)一跳距離值增加1；所有節(jié)點(diǎn)首次收到探測(cè)報(bào)文后就記錄下其中的距離值并將此報(bào)文繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)出去；如若重復(fù)收到探測(cè)報(bào)文，則將信收到報(bào)文中的距離值與之前記錄的距離值相比：若新報(bào)文中值更小，則刪除之前記錄的距離值和并記錄下新報(bào)文中的距離值，然后將此報(bào)文繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)出去；若相同或比記錄值大或者此探測(cè)報(bào)文的TTL值為0則丟棄；

至此完成對(duì)所有節(jié)點(diǎn)的距離分組，為了讓高速通道能盡量向遠(yuǎn)處延伸，每一個(gè)距離分組中的所有節(jié)點(diǎn)只有一個(gè)能入選同一條高速通道；

經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，所有節(jié)點(diǎn)都能獲取到自己距Sink節(jié)點(diǎn)最小的距離值；此時(shí)每個(gè)節(jié)點(diǎn)會(huì)進(jìn)行鄰居發(fā)現(xiàn)，并與發(fā)現(xiàn)的所有鄰居節(jié)點(diǎn)交換距離值信息，把所有鄰居節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)與每個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)的距離值都記錄下來(lái)；

到此整體探測(cè)期完成；

(2)、通道形成期

鄰居節(jié)點(diǎn)探測(cè)完成之后，所有節(jié)點(diǎn)會(huì)將自身的能量值E、距離值D、所有鄰居節(jié)點(diǎn)的距離之和S發(fā)送至Sink節(jié)點(diǎn)；其中

Si=Σj=1kMj]]>

S_i表示第i號(hào)節(jié)點(diǎn)的所有鄰居節(jié)點(diǎn)距離值之和，M_j該i號(hào)節(jié)點(diǎn)的第j個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)的距離值，k表示該i號(hào)節(jié)點(diǎn)擁有鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)目；

Sink節(jié)點(diǎn)收到之后，會(huì)根據(jù)能量值E、距離值D以及鄰居節(jié)點(diǎn)距離之和S計(jì)算出每個(gè)節(jié)點(diǎn)的權(quán)重值P

Pi=EiDi×α+Si×β]]>

P_i表示第i號(hào)節(jié)點(diǎn)的權(quán)重值，E_i表示第i號(hào)節(jié)點(diǎn)的能量值，D_i表示第i號(hào)節(jié)點(diǎn)的距離值，S_i表示第i號(hào)節(jié)點(diǎn)的所有鄰居節(jié)點(diǎn)距離值之和；α和β是控制系數(shù)，由網(wǎng)絡(luò)規(guī)模大小控制，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模越大，α值越小；網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)總數(shù)為n

α=1n]]>

α+β＝1

所有節(jié)點(diǎn)的P_i值都會(huì)在各節(jié)點(diǎn)信息傳送至Sink節(jié)點(diǎn)時(shí)計(jì)算出來(lái)并與節(jié)點(diǎn)信息一起保存在拓?fù)浔碇校淮藭r(shí)所有節(jié)點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)帶有權(quán)值的無(wú)向圖，所述高速通道搭建方法中：1、所有的高速通道中相同距離值的節(jié)點(diǎn)有且只有一個(gè)；2、選取出來(lái)的高速通道節(jié)點(diǎn)要組成一條可以連通Sink節(jié)點(diǎn)的鏈路；3、優(yōu)先選取通道權(quán)值L小的通道；4、通道節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)m為全網(wǎng)所有節(jié)點(diǎn)中最大距離值D_max-1；

L=Σi=1mPi]]>

其中L為此高速通道的優(yōu)先權(quán)值，m為通道節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)，P為此通道中節(jié)點(diǎn)的優(yōu)先權(quán)值；根據(jù)每條符合條件的路徑計(jì)算出其權(quán)重值L，選取L值大的路徑即為高速信息通道的最佳線路；

(3)、通告期

高速通道選取完成之后，Sink節(jié)點(diǎn)會(huì)向這些通道節(jié)點(diǎn)發(fā)送通道節(jié)點(diǎn)任命信息；距離值為1的即為1號(hào)通道節(jié)點(diǎn)，距離值為2的即為2號(hào)通道節(jié)點(diǎn)，以此類(lèi)推；首先Sink節(jié)點(diǎn)會(huì)將任命信息發(fā)送給1號(hào)通道節(jié)點(diǎn)，1號(hào)節(jié)點(diǎn)收到后立刻發(fā)出廣播通告信息給周?chē)従庸?jié)點(diǎn)告知自己成為1號(hào)通道節(jié)點(diǎn)，鄰居節(jié)點(diǎn)收到后也繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)；所有節(jié)點(diǎn)僅接收并轉(zhuǎn)發(fā)一次同一通道節(jié)點(diǎn)的通告信息，重復(fù)收到或者TTL值為0就丟棄；1號(hào)通道節(jié)點(diǎn)通告完成后所有節(jié)點(diǎn)都可以知道去往此通道節(jié)點(diǎn)的合適路徑；然后1號(hào)通告節(jié)點(diǎn)將任命信息發(fā)送至下一個(gè)2號(hào)通道節(jié)點(diǎn)，2號(hào)通道節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通告；后面所有通道節(jié)點(diǎn)進(jìn)行相同操作，直到所有通道節(jié)點(diǎn)都完成通告；

此時(shí)所有普通節(jié)點(diǎn)都知曉通往每個(gè)通道節(jié)點(diǎn)的距離與合適路徑，普通節(jié)點(diǎn)會(huì)選擇距離自己最近的通道節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信息發(fā)送，再由通道節(jié)點(diǎn)將信息快速發(fā)送至Sink節(jié)點(diǎn)；

當(dāng)最后一個(gè)通道節(jié)點(diǎn)完成通告時(shí)，發(fā)送一個(gè)通道完成報(bào)文至Sink節(jié)點(diǎn)，所有通道節(jié)點(diǎn)收到會(huì)立刻轉(zhuǎn)發(fā)給下一通道節(jié)點(diǎn)并向鄰居節(jié)點(diǎn)廣播此報(bào)文，告知所有節(jié)點(diǎn)通道完成可以開(kāi)始正常工作；

至此通告期完成，高速通道搭建完畢；通道搭建期結(jié)束，網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入數(shù)據(jù)傳輸期。

3.如權(quán)利要求2所述的一種基于信息高速通道的無(wú)線傳感網(wǎng)跨層路由方法，其特征在于：

數(shù)據(jù)傳輸期進(jìn)行正常的網(wǎng)絡(luò)交互，所有節(jié)點(diǎn)MAC層均按照802.11中的RTS/CTS信道預(yù)約機(jī)制；

普通節(jié)點(diǎn)采取階段性睡眠模式進(jìn)行工作以節(jié)省能量，在固定周期內(nèi)進(jìn)行睡眠-工作模式交替；

通道節(jié)點(diǎn)采取激發(fā)工作模式；待激發(fā)狀態(tài)中，節(jié)點(diǎn)每隔很短時(shí)間就監(jiān)聽(tīng)一次信道，約為10個(gè)請(qǐng)求報(bào)文發(fā)送時(shí)長(zhǎng)，監(jiān)聽(tīng)時(shí)間非常非常短，大約為2個(gè)請(qǐng)求報(bào)文RTS發(fā)送的時(shí)長(zhǎng)；如果有信息則進(jìn)入工作模式直到信息傳輸完成；完成一次傳輸之后繼續(xù)監(jiān)聽(tīng)一次信道，時(shí)間也為2個(gè)請(qǐng)求報(bào)文發(fā)送的時(shí)長(zhǎng)，如果沒(méi)有消息就繼續(xù)進(jìn)入待激發(fā)狀態(tài)，有消息需要發(fā)送則繼續(xù)發(fā)送。