[發明專利]一種油氣管道物聯網低能耗路由方法

有效

• 申請號: 202010981805.4
• 申請日: 2020-09-17
• 公開（公告）號: CN112087768B
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發明（設計）人: 劉苗;牟海維;劉祥樓;姚榮
• 申請（專利權）人: 東北石油大學
• 主分類號: H04W24/02
• 分類號: H04W24/02;H04W40/10;H04W40/20;H04W40/24;H04W52/02
• 代理公司: 哈爾濱東方專利事務所 23118
• 代理人: 曹愛華

1.一種油氣管道物聯網低能耗路由方法，其特征在于包括如下步驟：

步驟1、網絡初始化：

步驟101、匯聚節點向全部節點廣播喚醒網絡中節點，并且告知所有節點該匯聚節點的位置；

步驟102、當其他節點收到匯聚節點的喚醒消息后，將通過比較與匯聚節點位置后，計算自身與匯聚節點的距離進行存儲，等待后續使用；

步驟103、網絡中所有節點計算自身剩余能量并存儲；

在每經過一次完整的數據傳輸之后，參與發送的節點包括：發送節點和候選轉發節點，候選轉發節點分為被選中的轉發節點和未被選中的其他候選節點；所有節點重新更新計算自身的剩余能量；

發送節點的能量消耗計算公式描述如下：

其中表示發送節點在一次完整的發送過程中的能量消耗；表示成功傳輸數據時發送包的次數；表示傳輸轉發數據消耗能量；表示發送RTS消息消耗的能量；表示接收ACK消息時消耗的能量；SUM表示備選轉發節點的總數；表示接收CTS信息的能量消耗；

被選中為轉發節點的能量消耗計算公式描述如下：

其中表示被選中的轉發節點在一次轉發過程中的能量消耗；表示接收RTS消息消耗的能量；表示發送CTS消息的能量消耗；表示節點接收轉發數據消耗的能量；表示發送ACK消息的能量消耗；

未被選中的轉發節點的能量消耗有兩種不同的消耗類型：

類型1. 在傳輸的過程中接收了發送節點傳輸的數據；

類型1未被選中的轉發節點能量消耗計算公式描述如下：

其中表示未被選中但接收轉發數據的候選節點在轉發過程中的能量消耗，表示節點接收轉發數據消耗的能量；表示接收RTS消息消耗的能量；表示發送CTS消息的能量消耗；表示接收ACK消息時消耗的能量；

類型2. 從始至終沒有接收發送節點傳輸的數據；

類型2未被選中的轉發節點能量消耗計算公式描述如下：

其中表示未被選中且沒有接收轉發數據的候選節點在轉發過程中消耗的能量，表示接收RTS消息消耗的能量；表示發送CTS消息的能量消耗；表示接收ACK消息時消耗的能量；

步驟2、發送節點開始傳輸和轉發數據：

步驟201、向周圍單跳之內的節點廣播RTS信息；

當有節點準備發送數據時，第一步向周圍單跳之內的節點廣播RTS信息，在這個RTS信息中包含發送節點地理位置以及目標節點的地理位置，通知周圍的節點計算自身能量消耗，判斷自己能否成為預備轉發節點；

步驟202、符合要求的節點向發送節點回復CTS的消息；

在周圍節點完成自身判斷后，符合要求的節點向發送節點回復CTS的消息，消息中包含預備轉發節點自身的地理位置以及當前剩余能量，之后自動成為發送節點的預備轉發節點，同時不再接受其他發送節點的RTS信息；

步驟203、計算出各個節點的優先級；

計算節點i的優先級的公式描述如下：

其中表示候選節點i的轉發優先級，表示節點i已經使用的能量占初始能量的比例，則表示節點i與發送節點之間的距離差占發送節點到目標節點距離的比例，D_S表示發送節點距離匯聚節點之間的距離，D_i表示候選轉發節點i距離匯聚節點之間的距離；E₀表示節點初始能量，E_resi表示候選轉發節點i的當前剩余能量；

步驟204、分配對各個節點的發送次數C；

C表示在通信過程中發送節點在發送數據包的最大次數；在發送了C次之后如果還沒有發送成功，節點將自動丟棄數據包，減少節點的無效能量消耗；

步驟3、用退避策略確定最終轉發節點：

退避策略描述如下：

在發送的過程中，一旦發送成功，接收到數據的節點向周圍廣播ACK，這個ACK中包含了發送信息節點的優先級；當發送節點接收到ACK后開始準備下一數據包的發送，而其他預備轉發節點在接收到ACK后，停止接收數據包，而已經接受到數據包的節點等待一個時間T，進行比較ACK信息中包含的優先級，優先級低的節點丟棄數據包，優先級高的節點準備轉發數據包；在極端的情況下，有可能出現優先級相同的情況，這時候優先選擇剩余能量高的節點進行轉發數據。

2.根據權利要求1所述的油氣管道物聯網低能耗路由方法，其特征在于：所述的步驟2中計算自身能量消耗，判斷自己能否成為預備轉發節點的方法：

對于未被選中的轉發節點的能量消耗有兩種不同的消耗類型，未被選中的轉發節點的能量消耗有兩種不同的消耗類型：

類型1. 在傳輸的過程中接收了發送節點傳輸的數據；

類型2. 從始至終沒有接收發送節點傳輸的數據；

類型1未被選中的轉發節點能量消耗計算公式描述如下：

其中表示未被選中但接收轉發數據的候選節點在轉發過程中的能量消耗，表示接收轉發數據消耗的能量；表示接收RTS消息消耗的能量；表示發送CTS消息的能量消耗；表示接收ACK消息時消耗的能量；

類型2未被選中的轉發節點能量消耗計算公式描述如下：

其中表示未被選中且沒有接收轉發數據的候選節點在轉發過程中消耗的能量，表示接收RTS消息消耗的能量；表示發送CTS消息的能量消耗；表示接收ACK消息時消耗的能量。