[發明專利]一種面向原始數據采集的多跳無線傳感器網絡路由協議

有效

• 申請號: 202110775059.8
• 申請日: 2021-07-09
• 公開（公告）號: CN113490250B
• 公開（公告）日: 2022-05-06
• 發明（設計）人: 劉麗華;張楊斌;李璇;王懋;吳繼冰;黃宏斌
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: H04W40/02
• 分類號: H04W40/02;H04W84/18
• 代理公司: 長沙大珂知識產權代理事務所(普通合伙) 43236
• 代理人: 伍志祥

1.一種面向原始數據采集的多跳無線傳感器網絡路由協議，其特征在于，包括以下步驟：

基站向所有節點進行廣播，以便所有節點都找到通往基站的路徑，完成網絡初始化，其中，在節點接收基站的廣播后，可向基站發送反饋，所述反饋包含該節點用于創建傳輸方案的所有必要信息，所述必要信息至少包括該節點的剩余能量和拓撲信息；

基站創建傳輸方案，為每個節點設置下一跳節點，為網絡建立優化的樹結構和簇結構，其中，根據如下原則建立樹結構：如果某個節點只有一個父節點，則該節點會將唯一的父節點設置為其下一跳節點；如果有多個父節點，則下一跳節點是其入度最低的等效節點之一，其中等效節點定義為滿足能量等效準則和能耗等效準則的節點；將具有最大剩余能量的父節點表示為候選節點，并將可能是能量等效節點的父節點表示為備選節點；當數據收集在同一層級中時，節點選擇一個同級節點作為中繼節點，即形成簇結構；所述能量等效準則如下：

其中E_candidate表示候選節點的剩余能量，E_alternative表示備選節點的剩余能量，α₀是根據實驗結果事先定義的參數；

所述能耗等效準則如下：

其中，c_{alternative-coorelated}表示與候選節點關聯的能量能耗，c_{candidate-coorelated}表示與備選節點關聯的能量能耗，β₀是根據實驗結果預設的參數

基站分發所述傳輸方案到所有節點，以便每個節點都知道它何時以及向哪個節點發送數據；所述分發通過組播的方式執行，基站廣播所述傳輸方案，然后任何接收到傳輸方案的節點都將傳輸方案組播到其后代節點；

每個節點根據傳輸方案將數據在分配給它的時隙發送到該節點下一跳節點；

基站根據網絡運行情況，更新傳輸方案。

2.根據權利要求1所述的面向原始數據采集的多跳無線傳感器網絡路由協議，其特征在于，每個節點都具有層級屬性。

3.根據權利要求1所述的面向原始數據采集的多跳無線傳感器網絡路由協議，其特征在于，基站的廣播過程如下：

步驟1：基站生成一個整數作為當前輪數，以與節點相同的無線電模塊的最大功率來發布廣播消息，廣播消息的內容包括輪數，廣播節點的ID，層級和廣播商的剩余能量信息；

步驟2：接收廣播消息的節點應記錄所述廣播消息，并通過RSSI計算和記錄該節點與源節點之間的距離，然后執行以下操作：

如果是最近一輪收到的第一條廣播消息，則清除層級信息，并將其層級設置為廣播消息中包含的層級值加1；同時，根據廣播消息的信息存儲源節點作為其父節點；該節點生成具有相同結構的新廣播消息，但將使用其自身的信息對其進行修改，在特定時間間隔之后，節點根據避免沖突的載波偵聽多路訪問協議來發布新的廣播消息；

如果該節點的存儲器中已經有最新一輪的廣播消息，則該節點應檢查并執行以下操作：

如果廣播消息中的層級小于其層級，則將源節點記錄為父節點；

如果廣播消息中的層級等于其層級，則將源節點記錄為同級節點；

如果廣播消息中的層級大于其層級，則將源節點記錄為后代節點。

4.根據權利要求1所述的面向原始數據采集的多跳無線傳感器網絡路由協議，其特征在于，如果候選節點的剩余能量低于應該進行下一跳節點選擇的節點的剩余能量，β近似計算為：

其中d_{node-alternative}表示節點與備用節點之間的距離，d_{alternative-next-hop}表示備用節點與備用節點的下一跳節點之間的距離，d_{node-candidate}表示節點與候選節點之間的距離，而d_{candidate-next-hop}表示候選節點與候選節點的下一跳節點之間的距離；

如果候選節點的剩余能量高于應該進行下一跳節點選擇的節點的剩余能量，則它的能量消耗趨于不平衡，該節點的能量消耗應得到保護，β具體表示為：

滿足以上兩個公式的備選節點是等效節點。

5.根據權利要求1所述的面向原始數據采集的多跳無線傳感器網絡路由協議，其特征在于，對于同一級別的節點A，B，C，以及該級別的高級別節點E，若節點A是候選節點，節點B和節點C是候選等效節點，節點A，B，C，E的剩余能量為E_A,E_B,E_C，E_E，在E_AE_E的情況下，應根據下式計算：

其中，d_EA代表節點A與節點E的距離，d_EB代表節點B與節點E的距離，d_BO代表節點B與基站的距離，d_AO代表節點A與基站的距離，假設β_BAβ_CA，則節點C是節點E的下一跳節點；

在E_AE_E的情況下，應按以下方式計算：

其中d_EC代表節點C與節點E的距離，假設β_BAβ_CA，則節點B是節點E的下一跳節點。