[發明專利]一種基于網絡編碼的無線傳感器網絡機會路由協議設計方法

在審

• 申請號: 201711339807.8
• 申請日: 2017-12-14
• 公開（公告）號: CN108135020A
• 公開（公告）日: 2018-06-08
• 發明（設計）人: 姚玉坤;張毅;李娟;李小勇;劉江兵
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: H04W40/12
• 分類號: H04W40/12;H04L12/721;H04W84/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種基于網絡編碼的無線傳感器網絡機會路由協議設計方法，屬于無線通信技術領域。該方法包括以下步驟：(1)當網絡中有節點發送數據包時，需先利用SelectSet算法確定節點的轉發代價，轉發集和發射功率。(2)上游節點向下游節點集廣播數據包，當收到下游節點集中某個節點的代價數據包時，上游節點停止發包，同時確定下游節點集的主轉發節點。(3)從轉發集中選取一些符合條件的節點即“協助轉發節點”，讓其和主轉發節點共同轉發數據包給下游節點集。(4)主轉發節點和協助轉發節點向其下游節點集廣播數據包，當協助轉發節點轉發的數據包個數到達設置的上限值時，協助轉發節點停止發包。該方法根據節點間鏈路質量以及緩存區丟包情況，動態地選擇合適的轉發集轉發數據包，在保證數據可靠傳輸的同時，減少了節點的能耗，有效提高網絡生存時間。

技術領域

本發明屬于無線通信技術領域，涉及一種基于網絡編碼的無線傳感器網絡機會路由協議設計方法。

背景技術

近年來，微電子學與低功率無線通信技術的發展極大地促進了無線傳感器網絡(Wireless Sensor Network,WSN)在環境、軍事、醫療等領域的應用。WSN是由大量安置在監控區域內的傳感器節點以多跳及自組織的方式構建而成的無線網絡，網絡中的節點可以收集、分析和傳輸區域內的各種信息，并將這些信息匯聚到網絡所有者。

網絡編碼技術一種新型數據傳輸方式，相比于傳統路由中節點只能對數據進行簡單地存儲轉發，網絡編碼主要是通過網絡中節點對收到的數據包進行一定的編碼處理后再轉發給下一跳節點來提高整個網絡的吞吐量，在理論上實現數據的最大傳輸容量。RoutR等人(參見文獻[1]:Rout R,Ghosh S.Enhancement of lifetime using duty cycle andnetwork coding in wireless sensor network[J].IEEE Transactions on WirelessCommunications,2013,12(2):656-667.)提出讓處于瓶頸區域內的部分節點采用網絡編碼技術，將多個數據包編碼成一個編碼包后再發送給Sink節點，減少了數據包的傳輸次數，從而提高整個網絡的生存時間。

傳統的無線網絡路由需構建一條或幾條源到目的節點的傳輸路徑。當網絡中節點接收數據失敗時，其上一跳節點需要重新發送，如果此時鏈路質量較差，上一跳節點可能需要多次重傳才能保證數據包成功被下游節點接收，頻繁地重傳將消耗大量帶寬資源和節點能耗。因此傳輸數據時，應充分考慮無線信道的廣播特性，減少數據包的重傳次數。

MORE協議(參見文獻[2]:Chachulski S,Jennings M,Katti S,et al.Tradingstructure for randomness in wireless opportunistic routing[J].ACM SIGCOMMComputer Communication Review,2007,37(4):169-180.)在使用機會路由傳輸數據的同時，還結合了隨機線性網絡編碼，使網絡中的節點可以協作轉發數據。該協議的缺陷在于源節點只有收到目的節點的ACK確認信息后才開始發送下一段數據，在數據包轉發跳數比較多的情況下，嚴重影響了網絡的吞吐量。CodePower算法(參見文獻[3]:TongJ,QianD,DuZ,etal.Energy-efficientcodedroutingwith selective transmission power forwireless sensor networks[C].Proceedings of 2010IEEE 72nd Vehicular TechnologyConference Fall(VTC2010-FALL),2010:1-5.)不僅將機會路由和隨機線性網絡編碼應用到無線傳感器網絡中，還讓節點通過計算端到端的路徑代價來選擇最優發射功率，節省網絡能量，但該算法不能保證數據的可靠傳輸。