[发明专利]基于跨层优化的自适应无线传感器网络路由方法

权利要求书

1.一种基于跨层优化的自适应无线传感器网络路由方法，其特征在于，

包含以下步骤：

（1）物理层采用能量补充与功率控制机制将无线传感器网络中的无线传感器节点的能量信息与发射功率参数传递给MAC层，能量补充与功率控制机制为：无线传感器节点通过带有的补充能量的能量收集装置为自身充电，并根据自身能量状况调整其发射功率；

（2）MAC层利用物理层传递的信息进行睡眠调度，调控网络连通性与睡眠率，睡眠调度方法为：传感器节点根据自身能量状况协同进行周期性活跃与睡眠的状态切换；

（3）网络层适应以上各层的参数变化采用两跳贪婪路进行路由选择。

2.根据权利要求1所述的基于跨层优化的自适应无线传感器网络路由方法，其特征在于，所述能量收集装置采用太阳能取电、温差取电或依赖机械运动产生电能为所述无线传感器节点补充能量。

3.根据权利要求1所述的基于跨层优化的自适应无线传感器网络路由方法，其特征在于：所述的网络层两跳贪婪路由包括路由发现和路由优化两个阶段，路由发现查找由源节点到基站的路径，路由优化则对所查找到的路径进行优化，消除环路，使所得路径达到最短。

4.根据权利要求1所述的基于跨层优化的自适应无线传感器网络路由方法，其特征在于：所述无线传感器节点具有多个不同发射功率级别，每个节点周期性获取其自身能量状况，如果某节点当前能量水平高于设定值时，则增大自身发射功率，并调节网络拓扑结构。

5.根据权利要求1所述的基于跨层优化的自适应无线传感器网络路由方法，其特征在于：所述的MAC层睡眠调度过程为，根据当前节点及其一跳、两跳邻节点的剩余能量、能量收集速率与能量消耗速率计算得到当前能量水平，如果当前能量水平低于设定值时，则该节点进入睡眠状态，否则保持活跃状态。

6.根据权利要求1或3所述的基于跨层优化的自适应无线传感器网络路由方法，其特征在于：网络层采用不同转发标准的两跳贪婪路由来进行数据传输路由的度量与选择，其采用的转发数据的转发标准为以下任一标准：

标准1：选择距离目的节点最近的节点转发；

标准2：选择到达目的节点最短距离的节点进行转发；

标准3：根据节点间的距离、节点能量因素的加权计算，选择使得计算的转发效果最佳的节点进行转发。

7.根据权利要求3所述的基于跨层优化的自适应无线传感器网络路由方法，其特征在于：所述路由发现阶段查找由源节点到基站的路径，其步骤包括：

步骤a. 检查当前节点是否存在处于活跃状态的一跳邻居节点：若不存在，则由当前节点发送非确认帧，并把当前节点标记为断点，然后回退到当前节点的上一跳节点处，重复步骤1；若存在，判断基站是否在当前节点一跳范围内，若在一跳范围内，则直接建立路径，否则转入步骤2；

步骤b.判断基站是否在当前节点的两跳范围内，若在两跳范围内，则当前节点从其一跳邻居节点中根据所述转发标准选择下一跳节点作为中间转发节点；若不在当前节点的两跳范围内，则转入步骤3；

步骤c.判断当前节点是否存在处于活跃状态的一跳、两跳邻居节点：若存在，则从其一跳、两跳邻居节点选择距离基站最近的一跳或两跳邻居节点作为转发节点；若选择的转发节点为一跳节点，直接转发；若选择的转发节点为两跳节点，则需从其一跳邻居节点中根据所述转发标准选择下一跳节点的转发节点，以该转发节点为当前节点重复步骤1。

8.根据权利要求7所述的基于跨层优化的自适应无线传感器网络路由方法，其特征在于：所述路由发现阶段查找由源节点到基站的路径后，由所述路由优化阶段对该路径进行优化，其步骤包括：

步骤d. 给路由发现阶段查找的路径中每个节点依次分配一个递减的标签号；

步骤e. 由基站通过此未优化的路径反向发送确认帧至源节点，此过程中执行基于标签的路由优化过程：路径中任意节点只能将确认帧转发给与自身具有相同路径号和具有最大标签号的节点，消除路由环路，组成由源节点到基站的最短路径作为优化后的路径，并清除未选中的节点上的标签号和路径序号。