[發明專利]基于多維度路徑質量因子的無線傳感網分布式路由方法

有效

• 申請號: 201910032276.0
• 申請日: 2019-01-14
• 公開（公告）號: CN109548112B
• 公開（公告）日: 2021-11-09
• 發明（設計）人: 龔本燦;姜敏;任東
• 申請（專利權）人: 三峽大學
• 主分類號: H04W40/10
• 分類號: H04W40/10;H04W40/12;H04W40/24;H04W84/18
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務所 42103
• 代理人: 吳思高

一種基于多維度路徑質量因子的無線傳感網分布式路由方法，包括如下步驟：網絡路由建立階段，網絡啟動后，基站(Sink)廣播路由發現分組，路由發現分組沿傳播路徑收集當前節點到基站的最小路徑跳數、最大路徑信號強度和最大路徑剩余能量，當前節點根據這些信息生成到基站的最優路徑；網絡數據傳輸階段，節點需要傳輸數據時，根據步驟A建立的最優路徑傳輸數據到基站；網絡路由更新階段，基站周期性地廣播路由發現分組以更新網絡路由。本發明方法將最小路徑跳數、最大路徑信號強度和最大路徑剩余能量三者綜合起來作為路徑質量的評價因子，有效地降低了網絡的丟包率，延長了網絡的壽命。

技術領域

本發明涉及一種基于多維度路徑質量因子的無線傳感網分布式路由方法，屬于無線傳感網技術領域。

背景技術

無線傳感網WSN(Wireless Sensor Networks)廣泛應用于環境監測、軍事偵察、醫療監護、空間探索、搶險救災等多種領域，具有重要的科研價值和廣闊的應用前景。目前，WSN的研究主要集中在MAC層、網絡層和傳輸層，以及各層之間的跨層交互。網絡層負責將傳感器節點采集的數據逐跳轉發至Sink，其性能至關重要，是WSN的研究熱點。資源的局限性給WSN路由協議的設計帶來了巨大的挑戰，和傳統路由協議相比，WSN路由協議更加關注數據傳輸的可靠性和能量的使用效率。

基于最小跳數的路由協議實現簡單，每次都采用從當前節點到Sink的最大距離進行數據傳輸，網絡延遲少，能耗低，因而得到了廣泛的應用，比較典型的基于跳數的路由協議有AODV、GBR和MultipathRingRouting。在基于最小跳數的路由協議中，節點總是選擇跳數最少的路徑傳輸數據，因此，造成節點傳輸的距離遠，網絡的丟包率很高。

研究表明在路由建立的過程中，如果考慮節點間的鏈路質量(即信號強度)，將能提高網絡的包投遞率。目前比較有影響力的基于鏈路質量的路由協議有EEDR、LRP和LE-AODV，這些協議在路由選擇過程中由于引入了當前節點與鄰節點之間的鏈路質量信息，所以在一定程度上降低了丟包率，但它們都只考慮了與當前節點直接相連的鏈路的質量信息，沒有考慮路徑中其他鏈路的質量信息，缺乏全局性，所以網絡的丟包率仍然較高。

發明內容

本發明針對上述現有技術的不足，提出了一種基于多維度路徑質量因子的無線傳感網分布式路由方法，采用整條路徑的質量而非單段鏈路的質量作為路由選擇的依據，并且將最小路徑跳數、最大路徑信號強度和最大路徑剩余能量三種因子綜合起來作為路徑質量的評價標準，能夠找到一條到達Sink的最佳路徑，有效地降低了網絡的丟包率，平衡了網絡的能耗，延長了網絡的壽命。

本發明采取的技術方案為：

基于多維度路徑質量因子的無線傳感網分布式路由方法，包括網絡路由建立階段、網絡數據傳輸階段和網絡路由更新階段三個部分，具體步驟如下：

步驟1：網絡路由建立階段，網絡啟動后，基站廣播路由發現分組，路由發現分組沿傳播路徑收集當前節點到基站的最小路徑跳數、最大路徑信號強度和最大路徑剩余能量，當前節點根據這些信息生成到基站的最優路徑。

步驟1-1：網絡啟動后，Sink廣播路由發現分組，路由發現分組的格式如下：

(1)SeqNum：源節點設置的分組序號；

(2)PacketKind：分組類型。分路由請求分組和數據分組兩類，其中，路由請求分組由Sink發出，用于建立網絡路由；數據分組用于傳輸節點采集的數據；

(3)SinkID：Sink節點的編號；

(4)SenderID：當前發送節點的編號；

(5)Phops：當前節點到Sink的路徑跳數；

(6)PSSI：當前節點到Sink的路徑信號強度；

(7)Penergy：當前節點到Sink的路徑剩余能量。