[发明专利]基于树状网的无线传感网路由方法及路由系统

说明书

技术领域

本发明涉及无线传感器路由领域，尤其涉及一种基于树状网的 无线传感网路由方法及路由系统。

背景技术

当前的无线传感器网络路由协议种类很多，大多以Ad hoc路由 协议为基础，结合无线传感器网络的特性而设计。针对于不同的应 用场景和性能要求，路由协议又有很大的不同。总体来说，无线传 感器网络有如下特征：网络规模较大，节点数目较多，节点密度大， 节点能量极为有限，需要频繁发送分组等。

无线传感器网络路由协议所要考虑的主要性能指标有时延、可 靠性、网络寿命和移动性等。在一些特定的应用中，时延和可靠性 往往是首要指标。

当节点的移动性不强，网络拓扑比较稳定的情况下，树状网络 在网络拓扑形成后就已形成默认路由(不一定最优)，而不需要寻路， 尤其在节点需要频繁与根节点通信的情况下，树形网络可以节省寻 路时间而减少了时延。但树状网络的缺点也非常明显，当某个节点 失效，其下游节点与上游节点的通信就随之失效，这就需要高效的 修复机制。同时，网络中大多数的默认路由不是最优。基于树状拓 扑进而形成网状拓扑可以一定程度上解决如上问题，尤其使网络的 可靠性得到很大加强，分组可以通过多条路径到达目的节点而不是 单纯的按树形参与路由，但即使非常巧妙的设计也不能确保默认的 路由为最佳路由。

当前的Ad hoc平面型路由协议大多数以尽力寻求最短路径为目 的，例如AODV，DSR等。其时延主要产生于寻路阶段。此类路由 均能寻得最佳路由，但当网络节点密集且需频繁发送分组时，控制 消息所带来的开销和分组的碰撞将会比较严重。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于树状网的无线传感网路由方法 及路由系统。基于本发明，可以很好减小传感器网络时延、提高可 靠性、缩短网络修复时间。

本发明公开了一种基于树状网的无线传感网路由方法，所述方 法包括如下步骤：树状网结构建立步骤，建立基于骨干节点的树状 网结构，并为所述树状网结构中的所述每一骨干节点分配地址；网 状网结构建立步骤，增加骨干节点间的非树路径，以建立基于树状 网的网状网结构；一跳节点加入步骤，一跳子节点根据自身位置及 能量选取一个所述骨干节点作为该一跳子节点的父节点，由该父节 点为所包含的一跳子节点分配不同低位的地址；数据发送步骤，查 找地址块，对数据包进行转发，并进行寻路，以建立多条备份路径； 路由修复步骤，在网络中存在单点失效的情况下，启动一条所述备 份路径。

上述路由方法中，优选所述树状网结构建立步骤中，所述建立 基于骨干节点的树状网结构包括：骨干节点加入步骤，从指定根节 点开始，节点逐渐加入网络形成所述树状网结构；其中，在每一节 点加入网络后，每一节点根据自身参数确定该节点的子节点数；

上述路由方法中，优选所述骨干节点加入步骤中，所述在每一 节点加入网络后，还包括确定该节点优先等级的步骤。

上述路由方法中，优选所述树状网结构建立步骤中，所述为所 述树结构中的所述每一骨干节点分配地址为：根节点检测网络骨干 节点总数是否少于可分配骨干节点地址总数，若不是则地址分配失 败，需要请求增加地址或分割网络结构；若是，则根节点会根据每 个节点实际需要与其期望需要为每个骨干节点分配一个连续的地址 块，每个节点分配到的地址数要大于其实际需要并小于期望需要， 该过程要从根部一直运行到底部的每一个节点，完成所述树状网的 建立。

上述路由方法中，优选所述网状网结构建立步骤中，所述多个 骨干节点依据相互间的能量与距离的参数，增加非树路径以建立所 述基于树状网的网状网结构，由所述非树路径连接的两个骨干节点 互相视为子节点。

上述路由方法中，优选所述数据发送步骤为：节点判断步骤， 当i节点要给j节点发送数据包时，判断所述i节点为一跳子节点还 是骨干节点；若为一跳子节点，则执行第一转发步骤，若是骨干节 点，则执行第二转发步骤；第一转发步骤，将所述数据包转发给所 述i节点的骨干父节点；第二转发步骤，查询所述j节点是否是为所 述i节点的后代节点，如果是，将所述数据包转发给i节点所在支的 下个一跳子节点；如果不是，将所述数据包转发给i节点的上级父 节点；广播步骤，i节点向全部所述骨干邻居节点广播RREQ消息 进行寻路，当j节点收到所述RREQ后回复RREP到i节点以建立所 述备份路径。