[发明专利]无线传感器网络中基于跳数和能量的跨层双向路由方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线传感器网络技术领域，特别涉及无线传感器网络的平面路由技术。

背景技术

无线传感器网络是一种将检测、无线通信和计算机网络等技术结合在一起的系统，能够对一定区域内的物理特征进行远程感知和监测。因为承担了检测、处理和通信等多种任务，无线传感器网络面临着较大的能量和带宽等资源的压力。无线传感器网络中的传感器节点体积、计算和存储能力有限；通常依靠电池提供能量，发射功率受限，一般需要多跳转发实现数据传送；传感器节点的位置可能会因为移动而发生变化，能量也会随着时间逐渐减少直至节点掉电不能工作；通常每个传感器节点都兼有终端和路由器两种功能，需要运行各种面向用户的应用程序和相应的路由协议，并根据路由策略完成数据分组的传送工作，因此要求节点采用合适的路由协议。无线传感器网络路由协议的目标是节能、高效和准确，要求使用尽可能少的能量将数据从传感器节点准确地传送到sink(汇聚)节点，并能适应网络状况的动态变化；同时尽可能减少引入的控制信息和额外的资源消耗，降低路由协议的开销，节省网络节点的能量，延长网络寿命，以满足传感器节点在能量、计算能力以及储存空间等方面的限制。

无线传感器网络平面路由协议是一类按照网络节点地位平等的原则来构建完全分布式的平面网络拓扑，并通过此平面拓扑建立路由进行数据传送的协议。基于跳数的路由协议使用传感器节点距离sink节点的跳数作为路由选择的标准，属于平面路由协议中的一种类型。现有基于跳数的路由协议一般包含路由创建和数据传送两个步骤，路由协议的路由创建结果都是只产生从传感器节点通往sink节点的上行路由，缺乏下行路由支持sink节点的查询功能；在数据传送过程中大多数路由协议只使用了跳数作为路由选择标准，没有考虑节点的剩余能量因素；少数考虑了能量因素的协议也存在着节点剩余能量信息没有更新或者使用周期性控制消息带来额外开销等问题。因此，有必要增加下行路由创建步骤，为sink节点建立下行路由以支持它对某个传感器节点或区域进行查询；同时，需要在数据传送过程的路由选择标准中增加节点剩余能量，通过选择剩余能量多的节点来进行能耗均衡，保护高能耗节点的能量，延长它和无线传感器网络的寿命；此外，还需要通过跨层信息共享方式来实现节点剩余能量信息的获取、发布和更新，以便为节点选路时提供准确的参考信息，使节点选择合适的路径。

现有无线传感器网络中基于跳数的路由方法主要有：

1、基于跳数的单选路标准路由方法，主要有GBR(Gradient-BasedRouting，基于梯度的路由，参见文献：C.Schurgers，M.B.Srivastava.Energy efficient routing in wireless sensor networks.MilitaryCommunications Conference 2001(MILCOM 2001)，2001.)和GBD(Gradient-Based data Dissemination，基于梯度的数据分发，参见文献：Kook-Hee Han，Young-Bae Ko，Jai-Hoon Kim.A novel gradient approachfor efficient data dissemination  in wireless  sensor networks.Vehicular Technology Conference 2004，Apr.2004.)等。这类方法将距离sink节点的跳数作为路由选择的唯一标准，通过多条或者1条路径将数据分组传送到sink节点。这类方法在创建路由时只建立了上行路由，选择路由时使用单一的跳数标准，没有考虑转发节点的剩余能量，使用多路径时存在额外增加能量和带宽开销的问题。