[发明专利]大规模无线传感器网络路由的实现方法

说明书

技术领域

本发明属于无线传感器网络(Wireless Sensor Network，简称WSN)的技术领域，具体涉及基于P2P计算模式的WSN路由方法的设计与实现。将此方法应用到WSN路由模型中，能提供对大规模网络环境的支持，同时提高其网络路由效率和平均生命周期。

背景技术

传统的无线传感器网络，消息通过单跳的方式发送到汇聚节点(C/S模式)，常导致耗电量快、资源浪费、通讯超过监测范围，从而使网络变得不稳定、效率低甚至不可用。另一方面，随着节点规模的扩大，P2P逻辑拓扑的维护开销和WSN物理拓扑感知的控制开销会迅速增加，分组投递率下降，导致系统无法正常工作。随着分布式移动网络应用范围的不断扩大，规模化是WSN未来发展的必然要求，而目前国内外基于P2P理论的WSN研究基本局限于中小规模。

本发明针对上述问题，提出基于P2P的大规模无线传感器网络路由模型(Large-scale WSN Routing Model based on P2P，简称WRMP)，在WSN中应用P2P技术和多路径路由技术，提高大规模无线传感器网络的平均生命周期和路由效率。

发明内容

本发明的目的是在大规模WSN环境中有效地融合P2P技术，为提高大规模无线传感器网络的路由效率和平均生命周期，提供了基于P2P计算模式的路由协议及实现方法。该方法通过在LEACH协议上融合结构化P2P算法，使簇首节点以多跳的方式与基站通信，提高无线传感器网络可扩展性和路由效率，同时引入最小能耗路径选择机制，保障节点能耗的均衡，提高大规模无线传感器网络的寿命。

本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：

本发明的设计目标是针对下一代网络技术(NGN)的发展对大规模无线传感器网络应用的需求，并配合分布式哈希散列算法建立一个基于P2P的大规模WSN路由模型。它设计为三个阶段，建立阶段：在WSN物理拓扑的基础上，按照改进的LEACH协议轮换选择机制选举出簇首，构建P2P网络覆盖层；稳定阶段：运行基于DHT的路由算法，产生多路径路由；路径选择阶段：按照最小能耗路径选择机制发送信息，最后在Sink节点进行数据融合。图1列出了WRMP模型的基本层次结构。

下面从总体上描述WRMP的设计原理：

1、节点命名机制

与CAN路由算法相似，WRMP模型将WSN中节点的MAC地址映射到一个d维的笛卡尔空间生成相应的节点标识(NID)，并存储相邻节点表。不同的是，WRMP模型信息路由的主要目的就是进行节点的路由和定位，每个消息查询键值就是节点的NID，即查询到消息键值也就实现了节点间的多跳路由。

2、基于DHT的路由算法

WRMP模型中应用的路由算法(简称为WRMP)是一个基于WSN的网络层路由算法。它采用基于DHT的路由算法，在LEACH协议的基础上对CAN进行改进。包括：节点命名机制、P2P网络覆盖层构建算法、多路径路由产生算法、最小能耗路径选择算法、路由查询和维护算法。

本发明提出了一种支持大规模无线传感器网络的路由实现方法，NS2仿真实验表明能有效提升网络路由效率和平均生命周期。此方法填补了国内外在该领域的空白，必将对大规模无线传感器网络技术的发展产生积极的影响。

附图说明

图1WRMP模型的基本层次结构；

图2P2P网络覆盖层构建算法；

图3多路径路由产生示意图；

图4多路径路由产生流程图；

图5单跳/多跳通信机制示意图。

具体实施方式

本发明的具体实施步骤是通过设计基于P2P的大规模WSN路由模型的路由算法完成的。它是基于WSN的网络层路由算法，在LEACH协议的基础上对CAN路由算法进行改进，运行基于DHT的结构化覆盖层P2P网络路由算法，有效实现了无线传感器节点间的通信。下面具体介绍WRMP路由算法的主要设计：P2P网络覆盖层构建算法、多路径路由产生算法、最小能耗路径选择算法、路由查询算法和路由维护算法。

1、P2P网络覆盖层构建算法

P2P网络覆盖层构建算法工作在WRMP模型建立阶段。它在无线传感器网络物理拓扑的基础上构建结构化P2P网络覆盖层，为在WSN路由协议的基础上应用结构化P2P路由算法打下基础。