一種基于多路徑的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量分流路由方法
【專利摘要】一種基于多路徑的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量分流路由方法，涉及一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)方法，所述方法運用了MDFD數(shù)據(jù)流量分流的方法來均衡網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的能量消耗，使全部網(wǎng)絡(luò)節(jié)點可以保持平穩(wěn)的能量消耗，使網(wǎng)絡(luò)規(guī)模在生存周期內(nèi)基本可以保持不變；為了讓傳感器結(jié)點在選擇合適路徑時節(jié)省計算開銷，MDFD采用可靠性評估參數(shù)來選擇合適的路徑；用節(jié)點的狀態(tài)信息計算出單節(jié)點的可靠性評估值；在考慮節(jié)點剩余能量時，只考慮將要參加下一跳路由競選的節(jié)點；該方法可以有效地解決無線傳感器節(jié)點能耗問題，可以有效地延長無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的生命周期，緩解能耗問題使無線傳感器網(wǎng)絡(luò)工作受阻的情況。
【專利說明】
-種基于多路徑的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量分流路由方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)方法，特別是設(shè)及一種基于多路徑的無線傳 感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量分流路由方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)今，隨著無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)被廣泛地應(yīng)用于社會的 各個領(lǐng)域，而無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的問題也日益突出。由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的工作環(huán)境非常復(fù) 雜，此外，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的能量有限、帶寬和存儲等硬件資源有限都是限制無線傳感 器節(jié)點是否能正常工作的因素。特別是傳感器節(jié)點的能耗問題，由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中無 線通信節(jié)點的能量消耗是由電池的能量所決定的，而無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的工作環(huán)境決定了其 不能夠更換電池，運極大的影響了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的工作狀態(tài)。如果不能很好解決無線傳 感器網(wǎng)絡(luò)中通信節(jié)點的能耗問題，將不利于整個自組網(wǎng)絡(luò)長期穩(wěn)定的通信。節(jié)點的能量多 少直接關(guān)系到節(jié)點的生命周期，也關(guān)系到網(wǎng)絡(luò)的生命周期。同時，路由協(xié)議作為數(shù)據(jù)通信路 徑選擇的主要協(xié)議，合理的選擇和控制數(shù)據(jù)傳輸路徑是非常重要的。因此，對于能耗問題， 也成為了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議設(shè)計首先考慮的關(guān)鍵因素之一。然而，現(xiàn)有的數(shù)據(jù)傳輸 路徑方法并沒能夠很好地滿足無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于提供一種基于多路徑的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量分流路由方 法，該方法運用了 MDFD數(shù)據(jù)流量分流的方法來均衡網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的能量消耗，使全部網(wǎng)絡(luò)節(jié)點 可W保持平穩(wěn)的能量消耗，使網(wǎng)絡(luò)規(guī)模在生存周期內(nèi)基本可W保持不變，使之無線傳感器 網(wǎng)絡(luò)達到高效節(jié)能的目的。
[0004] 本發(fā)明的目的是通過W下技術(shù)方案實現(xiàn)的： 一種基于多路徑的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量分流路由方法，所述方法運用了 MDFD數(shù)據(jù) 流量分流的方法來均衡網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的能量消耗，使全部網(wǎng)絡(luò)節(jié)點可W保持平穩(wěn)的能量消耗， 使網(wǎng)絡(luò)規(guī)模在生存周期內(nèi)基本可W保持不變;為了讓傳感器結(jié)點在選擇合適路徑時節(jié)省計 算開銷，MDFD采用可靠性評估參數(shù)來選擇合適的路徑；用節(jié)點的狀態(tài)信息計算出單節(jié)點的 可靠性評估值。在考慮節(jié)點剩余能量時，只考慮將要參加下一跳路由競選的節(jié)點。若源節(jié)點 S到目標節(jié)點d-共X個節(jié)點組成一條路徑P，則該路徑的可靠性評估值為：
然后進行路徑的創(chuàng)建，包括1)起始:所有節(jié)點會向鄰節(jié)點發(fā)送一條初始化的消息，當(dāng) 相鄰結(jié)點收到消息后會建立并維護一張 Information表，運張表記錄了鄰節(jié)點的ID和相關(guān) 參數(shù)及度量值;2)路徑發(fā)現(xiàn)：當(dāng)初始化工作完成后，各個節(jié)點就會將可靠性評估值R最大的 鄰節(jié)點選為下一跳路由節(jié)點，然后發(fā)出路由請求消息； 再進行路由的更新，MDFD采用按接收數(shù)據(jù)包大小更新路由：首先設(shè)置一個接收數(shù)據(jù)包 閥值Tab)，在目的節(jié)點記錄接收數(shù)據(jù)包的大小，初始值為0，當(dāng)接收數(shù)據(jù)包的大小超過T時， 記錄重置，撤銷W創(chuàng)建的路徑，經(jīng)路徑包含的結(jié)點的using狀態(tài)值變?yōu)?。然后按照之前的規(guī) 則重新進行路徑的創(chuàng)建。
[0005] 所述的一種基于多路徑的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量分流路由方法，所述路由請求 消息中會包含源節(jié)點和目的節(jié)點的地址、與此節(jié)點的距離、中間信道的質(zhì)量、路由請求消息 的有效時長、路徑的標識信息。
[0006] 所述的一種基于多路徑的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量分流路由方法，所述節(jié)點收到 路由請求消息，如果符合條件并接受路由請求，會返回一個確認消息，確認消息中包含此節(jié) 點的地址、節(jié)點的狀態(tài)信息和路徑可靠性評估。
[0007] 所述的一種基于多路徑的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量分流路由方法，所述節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā) 路由消息的條件包括當(dāng)節(jié)點比上一跳節(jié)點距離目的節(jié)點更近、距離源節(jié)點更遠時才能轉(zhuǎn)發(fā) 路由請求，否則拒絕路由請求；當(dāng)節(jié)點狀態(tài)達到飽和后，會拒絕接受其余路徑發(fā)送的路由請 求消息。
[000引本發(fā)明的優(yōu)點與效果是： 1.本發(fā)明根據(jù)傳輸數(shù)據(jù)大小設(shè)定的更新策略具有更好的使用性，可W根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中傳輸 數(shù)據(jù)的情況動態(tài)調(diào)整路由更新頻率，相對于傳統(tǒng)的周期性路由更新策略，最大程度減少能 量損耗，延長網(wǎng)絡(luò)生存周期。
[0009] 2.本發(fā)明在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點的能量受限是一直要解決的問題。我們提出 了一種采用可靠性評估參數(shù)的基于多路徑的數(shù)據(jù)流量分流方法，來改善無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中 節(jié)點的能耗問題和延長網(wǎng)絡(luò)的壽命。
[0010] 3.本發(fā)明針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點，采用基于可信賴參數(shù)的多路徑數(shù)據(jù)流量分 配方法，該方法可W有效地解決無線傳感器節(jié)點能耗問題，可W有效地延長無線傳感器網(wǎng) 絡(luò)的生命周期，緩解能耗問題使無線傳感器網(wǎng)絡(luò)工作受阻的情況，發(fā)明了一種適合無線傳 感器網(wǎng)絡(luò)環(huán)境特點的多路徑數(shù)據(jù)流量分配方法。
【附圖說明】
[0011] 圖1為本發(fā)明技術(shù)路徑發(fā)現(xiàn)圖。
[0012] 圖中：主路徑:1-2-3-4-5;次路徑:1-7-8-9-5。
【具體實施方式】
[0013] 下面結(jié)合實施例對本發(fā)明進行詳細說明。
[0014] 本發(fā)明多路徑數(shù)據(jù)流量分流路由方法MDFD(Multi-path Data Flow Distribution)。
[001引為了讓無線傳感器網(wǎng)絡(luò)達到高效節(jié)能的目的，本發(fā)明運用了MD抑數(shù)據(jù)流量分流的 方法來均衡網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的能量消耗，使全部網(wǎng)絡(luò)節(jié)點可W保持平穩(wěn)的能量消耗，使網(wǎng)絡(luò)規(guī)模 在生存周期內(nèi)基本可W保持不變。
[0016]為了讓傳感器結(jié)點在選擇合適路徑時節(jié)省計算開銷，MDFD采用可靠性評估參數(shù)來 選擇合適的路徑。iy表示任一節(jié)點，每個11^節(jié)點都與a節(jié)點相鄰，表1為節(jié)點的各個 參數(shù)： 表1節(jié)點狀態(tài)參數(shù)
如果b節(jié)點想要成為a節(jié)點的下一跳節(jié)點，則必須滿足下式： i
式1用節(jié)點的狀態(tài)信息計算出單節(jié)點的可靠性評估值。在考慮節(jié)點剩余能量時，只考慮 將要參加下一跳路由競選的節(jié)點。若源節(jié)點S到目標節(jié)點d-共X個節(jié)點組成一條路徑P，則 該路徑的可靠性評估值為：
路徑的創(chuàng)建： 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點會收集其可控范圍內(nèi)節(jié)點的信息，源節(jié)點根據(jù)運些信息來選 擇、創(chuàng)建到達目的節(jié)點的各條路徑，并從中選取最優(yōu)路徑。運些路徑的節(jié)點是可W相交的， 即除了源節(jié)點跟目的節(jié)點外中間可W存在共用的結(jié)點，相交節(jié)點的剩余能量經(jīng)過計算是可 W滿足數(shù)據(jù)傳輸需求的。節(jié)點相交的多路徑容錯能力強，更合理的利用了整個網(wǎng)絡(luò)資源，能 量優(yōu)化的節(jié)點相交多路徑避免了因重復(fù)利用節(jié)點而導(dǎo)致節(jié)點能耗過快、過早死亡的問題。 有研究表明能量優(yōu)化的節(jié)點相交路徑的路由性能要好于傳統(tǒng)多路徑路由。
[0017]倉幡過程： 1)起始 所有節(jié)點會向鄰節(jié)點發(fā)送一條初始化的消息，當(dāng)相鄰結(jié)點收到消息后會建立并維護一 張 Informat ion表，運張表記錄了鄰節(jié)點的ID和相關(guān)參數(shù)及度量值。初始化消息中包含的內(nèi) 容有源節(jié)點的ID、可用緩存大小、剩余能量、信道質(zhì)量、距此節(jié)點的距離。
[001引 2)路徑發(fā)現(xiàn) 當(dāng)初始化工作完成后，各個節(jié)點就會將可靠性評估值R最大的鄰節(jié)點選為下一跳路由 節(jié)點，然后發(fā)出路由請求消息。路由請求消息中會包含源節(jié)點和目的節(jié)點的地址、與此節(jié)點 的距離、中間信道的質(zhì)量、路由請求消息的有效時長、路徑的標識信息。節(jié)點收到路由請求 消息，如果符合條件并接受路由請求，會返回一個確認消息，確認消息中包含此節(jié)點的地 址、節(jié)點的狀態(tài)信息和路徑可靠性評估。節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)路由消息的條件： a) 當(dāng)節(jié)點比上一跳節(jié)點距離目的節(jié)點更近、距離源節(jié)點更遠時才能轉(zhuǎn)發(fā)路由請求，否 則拒絕路由請求； b) 當(dāng)節(jié)點狀態(tài)達到飽和后，會拒絕接受其余路徑發(fā)送的路由請求消息。
[0019] 條件a保證在路徑可靠性基礎(chǔ)上下一跳向目的節(jié)點方向收斂，條件b保證節(jié)點不會 過早死亡。
[0020] 傳感器網(wǎng)絡(luò)用可靠性評估值R來選取下一跳路由節(jié)點，可靠性評估值越大，其當(dāng)選 下一跳節(jié)點的優(yōu)先級越高，W此類推，如果優(yōu)先級最大的節(jié)點不能滿足路由消息轉(zhuǎn)發(fā)的條 件，將按照優(yōu)先級依次往下篩選，直至有符合條件的節(jié)點加入路徑。滿足條件的下一跳節(jié)點 會將using的值由ο變?yōu)?，表明此節(jié)點W加入某一條路徑，同時節(jié)點會查看其剩余能量，當(dāng) 剩余能量大于節(jié)點總能量的65%時，會繼續(xù)接受其他結(jié)點發(fā)來的路由請求信息，直至剩余能 量低于總能量的65%時，節(jié)點不再接收路由請求消息，節(jié)點會將其using的值變?yōu)?00,表示 節(jié)點W達到飽和狀態(tài)，同時更新鄰節(jié)點表和路由請求消息，繼續(xù)按照條件選取下一跳節(jié)點， 轉(zhuǎn)發(fā)路由請求，直至路由請求消息達到目的節(jié)點，當(dāng)同時有多個節(jié)點的R值滿足條件時，節(jié) 點根據(jù)收集到的信息會優(yōu)先選取using值為0的節(jié)點作為下一跳節(jié)點，using值越小優(yōu)先級 越高，當(dāng)出現(xiàn)多個節(jié)點US ing值相同時，選取R值較大的作為下一跳節(jié)點。
[0021] 當(dāng)下一跳節(jié)點為目的節(jié)點時，目的節(jié)點會向源節(jié)點發(fā)送一個路徑確認消息，源節(jié) 點收到此消息后會更細自己與目的節(jié)點的路由表，至此，路徑創(chuàng)建完成。
[0022] 發(fā)現(xiàn)的第一條路徑成為主路徑，主路徑創(chuàng)建完畢后，源節(jié)點會繼續(xù)按W上步驟發(fā) 現(xiàn)其余符合條件的可用路徑。W圖1為例，主路徑1-2-3-4-5已經(jīng)創(chuàng)建完畢，當(dāng)創(chuàng)建次路徑 時，節(jié)點7會向節(jié)點6發(fā)送路由請求信息，但是節(jié)點6與目的節(jié)點是反方向路徑上，所W節(jié)點6 會向節(jié)點7返回拒絕消息。然后節(jié)點7根據(jù)收集到的信息再向節(jié)點2發(fā)送路由請求信息，但此 時如果節(jié)點2達到飽和狀態(tài)，using值變?yōu)?00，節(jié)點2就不滿足轉(zhuǎn)發(fā)路由消息的條件，就會把 節(jié)點7的路由請求消息丟棄，并且返回一個拒絕消息說明此節(jié)點已飽和。節(jié)點7收到拒絕消 息后會在自己的Infortation表中將節(jié)點2標記，然后繼續(xù)選擇下一節(jié)點，向節(jié)點8發(fā)送路由 請求消息，節(jié)點8符合要求，接收路由請求并返回確認消息，至此下一跳節(jié)點選擇完成。節(jié)點 8會繼續(xù)選擇下一跳路由節(jié)點，假如此時節(jié)點4和節(jié)點9的可靠性評估值相同并且都符合轉(zhuǎn) 發(fā)路由消息的條件，節(jié)點8會根據(jù)using值進行選擇，因節(jié)點4已經(jīng)在一條路徑中，所W節(jié)點4 的using值為1，但節(jié)點9的using值為0,最終節(jié)點8選取節(jié)點9為下一跳節(jié)點。重復(fù)W上路由 節(jié)點選擇過程直至發(fā)現(xiàn)目的節(jié)點。目的節(jié)點返回路由確認消息，至此，次路徑發(fā)現(xiàn)完畢。
[0023] 圖1為路徑發(fā)現(xiàn)圖；圖中主路徑:1-2-3-4一5;次路徑:1 一7一8一9一5。
[0024] 當(dāng)路徑創(chuàng)建完畢后，通信數(shù)據(jù)可沿兩條路徑同時傳輸數(shù)據(jù)，既增加了其容錯性又 增加了其對帶寬的利用率。
[00巧]路由的更新： MD抑采用按接收數(shù)據(jù)包大小更新路由：首先設(shè)置一個接收數(shù)據(jù)包閥值Tab)，在目的節(jié) 點記錄接收數(shù)據(jù)包的大小，初始值為0,當(dāng)接收數(shù)據(jù)包的大小超過T時，記錄重置，撤銷W創(chuàng) 建的路徑，經(jīng)路徑包含的結(jié)點的using狀態(tài)值變?yōu)?。然后按照之前的規(guī)則重新進行路徑的 創(chuàng)建。
【主權(quán)項】
1. 一種基于多路徑的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量分流路由方法，其特征在于，所述方法 運用了 MDro數(shù)據(jù)流量分流的方法來均衡網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的能量消耗，使全部網(wǎng)絡(luò)節(jié)點可以保持平 穩(wěn)的能量消耗，使網(wǎng)絡(luò)規(guī)模在生存周期內(nèi)基本可以保持不變;為了讓傳感器結(jié)點在選擇合 適路徑時節(jié)省計算開銷，MDro采用可靠性評估參數(shù)來選擇合適的路徑；用節(jié)點的狀態(tài)信息 計算出單節(jié)點的可靠性評估值;在考慮節(jié)點剩余能量時，只考慮將要參加下一跳路由競選 的節(jié)點;若源節(jié)點S到目標節(jié)點d-共X個節(jié)點組成一條路徑P，則該路徑的可靠性評估值為：然后進行路徑的創(chuàng)建，包括1)起始:所有節(jié)點會向鄰節(jié)點發(fā)送一條初始化的消息，當(dāng) 相鄰結(jié)點收到消息后會建立并維護一張Informat ion表，這張表記錄了鄰節(jié)點的ID和相關(guān) 參數(shù)及度量值;2)路徑發(fā)現(xiàn)：當(dāng)初始化工作完成后，各個節(jié)點就會將可靠性評估值R最大的 鄰節(jié)點選為下一跳路由節(jié)點，然后發(fā)出路由請求消息； 再進行路由的更新，MDFD采用按接收數(shù)據(jù)包大小更新路由：首先設(shè)置一個接收數(shù)據(jù)包 閥值T(kb)，在目的節(jié)點記錄接收數(shù)據(jù)包的大小，初始值為0，當(dāng)接收數(shù)據(jù)包的大小超過T時， 記錄重置，撤銷以創(chuàng)建的路徑，經(jīng)路徑包含的結(jié)點的using狀態(tài)值變?yōu)?,然后按照之前的規(guī) 則重新進行路徑的創(chuàng)建。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多路徑的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量分流路由方法， 其特征在于，所述路由請求消息中會包含源節(jié)點和目的節(jié)點的地址、與此節(jié)點的距離、中間 信道的質(zhì)量、路由請求消息的有效時長、路徑的標識信息。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多路徑的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量分流路由方法， 其特征在于，所述節(jié)點收到路由請求消息，如果符合條件并接受路由請求，會返回一個確認 消息，確認消息中包含此節(jié)點的地址、節(jié)點的狀態(tài)信息和路徑可靠性評估。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多路徑的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量分流路由方法， 其特征在于，所述節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)路由消息的條件包括當(dāng)節(jié)點比上一跳節(jié)點距離目的節(jié)點更近、 距離源節(jié)點更遠時才能轉(zhuǎn)發(fā)路由請求，否則拒絕路由請求;當(dāng)節(jié)點狀態(tài)達到飽和后，會拒絕 接受其余路徑發(fā)送的路由請求消息。
【文檔編號】H04W40/10GK105873162SQ201610438539
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年6月20日
【發(fā)明人】王軍, 徐萬, 徐萬一, 張亞君, 馬德朋
【申請人】沈陽化工大學(xué)