[發明專利]一種基于無線傳感網絡節點轉發壓力的綠色全局路由方法

有效

• 申請號: 202010420627.8
• 申請日: 2020-05-18
• 公開（公告）號: CN111698750B
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發明（設計）人: 朱容波;王俊;劉浩;徐文剛
• 申請（專利權）人: 中南民族大學
• 主分類號: H04W40/02
• 分類號: H04W40/02;H04W40/10;H04W84/18
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 胡建平;劉琰

本發明公開了一種基于無線傳感網絡節點轉發壓力的綠色全局路由方法，包括：GGNRP路由建立階段：計算每個節點到基站的最小跳數，并結合每個節點的剩余能量，得到各個節點的節點轉發壓力參數，將其存儲在基站中；采用模擬探索路徑的方法探索每個節點到達基站的傳輸軌跡，將路徑信息反饋給對應路徑上的所有節點；GGNRP數據傳輸階段：當源節點有數據要發送時，采用GGNRP路由決策方法來計算出節點數據包的傳輸軌跡，并將傳輸軌跡所涉及的路徑編號排序后傳輸給源節點，源節點根據傳輸軌跡進行數據傳輸。本發明根據基站中所存儲的節點到基站的路徑信息、節點能量信息，獲得一條綠色全局路由來進行數據傳輸，以避免平面路由中廣泛存在的路由空洞問題。

技術領域

本發明涉及無線傳感器網絡技術領域，尤其涉及一種基于無線傳感網絡節點轉發壓力的綠色全局路由方法。

背景技術

自組成網的特性使得人們可以通過無線傳感器網絡(Wireless SensorNetworks，WSNs)實現和現實世界的遠程交互。隨著WSNs技術的發展，WSNs開始廣泛被應用到民用領域，如醫療護理、工業監控以及環境監控等場合。由于WSNs能量受限的特點，能量的高效利用成為了設計WSNs首先需要考慮的問題。在WSNs運行中，網絡中絕大多數能量消耗在了節點間的通信上。路由協議主要決定了源節點到目的節點的通信路徑，是WSNs領域重點研究的核心技術之一；綠色高效的路由協議對于能量受限的WSNs極其重要。

一般認為，構成WSNs的傳感器節點是由電池驅動的，一旦部署后其能源是得不到補充的。在WSNs中，網絡的生命周期與網絡中各節點存活時間有關，當網絡中有一個或多個節點死亡時，網絡也隨之死亡。因此，能否高效利用WSNs中受限的能量直接影響到WSNs生命周期的長短。

路由協議是WSNs領域重點研究的核心技術之一，主要解決了源節點到目的節點的通信路徑，優秀的路由算法將減少網絡中節點接收數據包的個數，減少傳感器節點的能耗，從而延長WSNs的生命周期。另外，由于WSNs常需要對監控區域內異常數據進行預警，過高的傳輸時延必然會導致生產生活的重大損失，因此傳輸時延也是衡量路由協議好壞的一個重要參數。

針對WSNs平面路由存在近基站節點易早亡的問題，提出了節點轉發壓力的概念。網絡中每個節點都有一個節點轉發壓力參數，其值與該節點距離基站的最小跳數以及其剩余能量有關；對于任意節點，其最小跳數越大、剩余能量越高，其節點轉發壓力值越低；節點轉發壓力值越小的節點越容易成為數據傳輸的轉發節點。將節點轉發壓力值作為路由決策的參數之一，能保護通信負擔重、剩余能量低的節點，避免近基站節點過早死亡，從而達到延長網絡生命周期的目的。

現有的協議中，簇頭與基站的通信能耗過大的問題始終存在于層次路由中，簇頭選舉環節只能均衡簇內的能量消耗，不能減少網絡的通信能耗。在采用單跳通信的簇路由中，因為通信能耗隨著距離的增大而大幅度增加，偏遠簇的能量消耗遠大于近基站簇。而在采用簇間多跳通信的路由中，近基站簇由于承重的通信負擔而早亡。平面路由一般采用局部最優的原則進行路由決策，這樣的決策容易導致路由空洞問題以及頻繁繞路的問題，前者導致數據在某些特定節點間反復傳輸，而頻繁的繞路將消耗大量不必要的能量。

為此本發明提出了一種基于節點轉發壓力的綠色全局路由算法(Green Globalrouting based on Node Relaying Pressure，GGNRP)。在網絡邏輯結構上，GGNRP路由屬于平面路由，簡單且健壯性好。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于針對現有技術中的以下缺陷：在平面路由中，基站周邊的節點需要頻繁轉發來自其他節點的數據，因此近基站節點的能量消耗遠遠高于其他節點，更容易早亡。當網絡中有節點能量耗盡時，網絡的生命周期就終止了。