[發(fā)明專利]具有能量捕獲特性的無(wú)線傳感網(wǎng)時(shí)延最小化路由選擇方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410781143.0
• 申請(qǐng)日: 2014-12-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104540182A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-04-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 池凱凱;林一民;朱留栓;李燕君;程珍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): H04W40/10
• 分類號(hào): H04W40/10
• 代理公司: 杭州斯可睿專利事務(wù)所有限公司 33241
• 代理人: 王利強(qiáng)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無(wú)線傳感器領(lǐng)域，尤其是一種具有能量捕獲特性的無(wú)線傳感網(wǎng)的時(shí)延最小化路由選擇方法，該方法適用于具有能量捕獲特性的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)。

背景技術(shù)

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless?Sensor?Networks,WSN)有著非常廣泛的應(yīng)用前景。但是，傳感器節(jié)點(diǎn)的能量限制一直是WSN應(yīng)用受限的一個(gè)重要的決定性因素。傳感器節(jié)點(diǎn)的能量一般來(lái)源于電池，而電池的容量是有限制的，能量的耗盡意味著傳感器節(jié)點(diǎn)生命的結(jié)束。

由具有從環(huán)境中捕獲能量特性的傳感器節(jié)點(diǎn)組成的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Energy-Harvesting?Wireless?Sensor?Networks,EH-WSN)，提供了一種有效突破能量供應(yīng)瓶頸的解決方法。

能量捕獲和能量管理是EH-WSNs“開(kāi)源節(jié)流”的兩個(gè)有效技術(shù)手段。能量捕獲技術(shù)指將環(huán)境中的能量轉(zhuǎn)化為電能，比如光伏電板將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能、壓電傳感器將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。將這些電板或傳感器安裝于普通傳感器節(jié)點(diǎn)上，通過(guò)能量模塊進(jìn)行管理，就能夠捕獲環(huán)境中的能量。能量管理技術(shù)往往涉及對(duì)能量消耗的智能控制。當(dāng)傳感器節(jié)點(diǎn)的能量捕獲速率與節(jié)點(diǎn)能量消耗速率相對(duì)平衡時(shí)，理論上節(jié)點(diǎn)能夠持久工作。但是，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)部署在能量捕獲速率很低的環(huán)境中，節(jié)點(diǎn)中繼數(shù)據(jù)包的能量消耗速率遠(yuǎn)大于節(jié)點(diǎn)能量捕獲速率時(shí)，就可能存在每一條路由中至少有一個(gè)節(jié)點(diǎn)的現(xiàn)有能量不足以提供中繼服務(wù)，且要等到節(jié)點(diǎn)捕獲到足夠多的能量時(shí)才能繼續(xù)提供服務(wù)，造成了長(zhǎng)時(shí)間的能量捕獲等待時(shí)延。過(guò)大的能量捕獲時(shí)延會(huì)導(dǎo)致大量待發(fā)送數(shù)據(jù)的堆積、網(wǎng)絡(luò)吞吐率下降等問(wèn)題。因此，在這背景下，我們就需要考慮時(shí)延最小化的路由選擇。

CN200710190264公開(kāi)了“異步傳感器網(wǎng)絡(luò)中時(shí)延受限且能量高效的在線路由方法”。在該發(fā)明中，提供了一種有時(shí)延限制的事件驅(qū)動(dòng)型無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)中的高效路由協(xié)議，該協(xié)議在端到端時(shí)延限制的條件下優(yōu)化節(jié)點(diǎn)的睡眠調(diào)度來(lái)最大化WSN壽命。使用在線轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)從監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)向基站傳輸數(shù)據(jù)報(bào)告。在異步WSN中可以用一個(gè)時(shí)延受限且能量效高的路由協(xié)議(DCEER)來(lái)最大化WSN壽命并同時(shí)滿足網(wǎng)絡(luò)最大時(shí)延要求。使用DCEER協(xié)議時(shí)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)會(huì)維護(hù)從自己向基站轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)時(shí)的歷史能耗作為虛擬坐標(biāo)，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)沿著坐標(biāo)遞減方向進(jìn)行。基于能耗坐標(biāo)會(huì)隨著時(shí)變的信道和拓?fù)涠鴦?dòng)態(tài)更新。節(jié)點(diǎn)使用轉(zhuǎn)發(fā)選擇機(jī)制從多個(gè)潛在轉(zhuǎn)發(fā)候選節(jié)點(diǎn)集中選擇下一跳轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)，并注意平衡轉(zhuǎn)發(fā)能耗和等待能耗。

CN201010128999公開(kāi)了“一種面向無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的隨機(jī)路由的選擇方法”。在該發(fā)明中，所述網(wǎng)絡(luò)由傳感器節(jié)點(diǎn)和一個(gè)匯聚節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，匯聚節(jié)點(diǎn)和各傳感器節(jié)點(diǎn)均存儲(chǔ)有所述網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)湫畔ⅲ贿M(jìn)行隨機(jī)路由選擇時(shí)包括如下步驟：(1)網(wǎng)絡(luò)從網(wǎng)絡(luò)中隨機(jī)選擇準(zhǔn)備發(fā)送數(shù)據(jù)包的節(jié)點(diǎn)；(2)準(zhǔn)備發(fā)送數(shù)據(jù)包的節(jié)點(diǎn)在與其距離最小的下一跳節(jié)點(diǎn)中通過(guò)比較下一跳節(jié)點(diǎn)和準(zhǔn)備發(fā)送數(shù)據(jù)包的節(jié)點(diǎn)到匯聚節(jié)點(diǎn)的最短路徑的跳數(shù)而選擇接受其數(shù)據(jù)包的下一跳節(jié)點(diǎn)；若被選中的下一跳節(jié)點(diǎn)是匯聚節(jié)點(diǎn)，則執(zhí)行步驟(4)，否則執(zhí)行步驟(3)；(3)將其數(shù)據(jù)包發(fā)送至選中的下一跳節(jié)點(diǎn)，以該下一跳節(jié)點(diǎn)為下一步路徑選擇中準(zhǔn)備發(fā)送數(shù)據(jù)包的節(jié)點(diǎn)執(zhí)行步驟(2)；(4)匯聚節(jié)點(diǎn)接收到數(shù)據(jù)包,結(jié)束隨機(jī)路由選擇。

CN200710190264公開(kāi)了“一種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中時(shí)延限制下實(shí)現(xiàn)最小能耗路由的方法”。在該發(fā)明中，首先在傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)冗余條件下，通過(guò)改進(jìn)AMODV多路徑路由算法產(chǎn)生從數(shù)據(jù)產(chǎn)生源節(jié)點(diǎn)到收集基站的多條路徑，作為路徑搜索的候選集合；再在生成的路徑集合中，先對(duì)符合時(shí)延要求的路徑進(jìn)行標(biāo)定，再采用基于動(dòng)態(tài)規(guī)劃思想的策略，分布式地求算最小能耗路徑。基于生成的路徑集合以很大概率包含了保證時(shí)延的最小能耗路徑的經(jīng)驗(yàn)事實(shí)，此路由實(shí)現(xiàn)方法切實(shí)提供了滿足時(shí)延要求的最小能耗路徑。

然而，上述現(xiàn)有技術(shù)都是基于傳統(tǒng)電池作為能量來(lái)源的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，沒(méi)有涉及到具有能量捕獲特性的傳感器節(jié)點(diǎn)，另外也沒(méi)有從時(shí)延最小化角度來(lái)進(jìn)行路由算法設(shè)計(jì)。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)最小化路由方式的時(shí)延較大、傳感器無(wú)能量捕獲特性的不足，本發(fā)明在能量捕獲無(wú)線傳感網(wǎng)中能夠進(jìn)行端到端低時(shí)延的數(shù)據(jù)傳遞，本發(fā)明提出了一種時(shí)延最小化的具有能量捕獲特性的無(wú)線傳感網(wǎng)時(shí)延最小化路由選擇方法。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題提出的技術(shù)方案為：

一種具有能量捕獲特性的無(wú)線傳感網(wǎng)時(shí)延最小化路由選擇方法，包括以下步驟：

第一步，源節(jié)點(diǎn)操作，過(guò)程如下：