[发明专利]一种基于动态规划的无线传感器网络路由方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无线传感器网络的路由控制，主要利用动态规划的方法减少传感器网络节点信息传输时间，提高通信速率的问题，属于无线传感器网络、动态规划、人工智能和分布式计算交叉技术应用领域。

背景技术

无线传感器网络是一种集成传感器、自动控制、网络传输与储存、信息处理与分析等技术的信息网络形态。无线传感器网络节点一般由存储器、处理器、传感器、无线通讯、电池等硬件组成。在目前技术发展中，人们可以通过手机、因特网等无线通讯技术控制传感器网络节点的开启或关闭,获得各种网络信息，对所获的网络信息进行显示、储存或分析，还可以通过网络传输到数据收集中心。无线传感器网络的发展及应用主要归因于各位电子设备的微型化、智能化、廉价性。无线传感器网络可以部署于野外,网络节点探询附近的同类传感器网络节点，实现相互间的通信，并自动构建网络拓扑和实现数据传输。

在无线传感器网络中，任何数据传输都离不开路由协议。无线传感器网络路由负责将数据分组从源节点通过网络转发到目的节点，主要包括两个方面的功能：寻找源节点和目的节点的优化路径、将数据分组沿着路径正确转发。无线传感器网络路由设计多方面要求如下：

（1）无线传感器网络路由要求具有能量高效性

传感器网络节点体积微小，通常只能携带能量十分有限的电池。由于传感器节电结点个数众多，成本要求低廉，地域分布广，而且部署区域环境复杂，所以传感器节点通过更换电池的方式是不现实的。可见，提高能量效率、延长整个网络生存期是无线传感器网络路由设计的首要目标和要求。

（2）无线传感器网络路由要求以数据为中心

由于节点分布不是预先计划的，而且节点位置也不是预先确定的，这样就有一些节点由于发生较多错误或者不能执行指定任务而被中止运行。为了在网络中监视目标对象，在路由中一般需要配置冗余节点，实现以数据为中心。无线传感器网络节点之间可以通过通信和协作，共享数据，保证获得被监视对象比较全面的数据。

（3）无线传感器网络路由要求具有高容错性和高度协作性

在无线传感器网络中，数据处理由节点自身完成，目的是减少无线链路中传送的数据量，只有与其他节点相关的信息才在链路中传送。传感器网络节点易为能源耗尽或环境干扰而失效，但部分传感节点的失效不应影响整个网络的任务。这就需要路由协议能够适应高度的拓扑时变，又可不引入过多的协议开销或过长的路由发现延迟。

对于无线传感器网络路由而言，路由的传输时间和传输效率对整个网络性能影响很大。在传统的无线传感器网络中，路由节点的个数众多，导致信息在网络中的传输效率低下。现在无线传感器网络路由的研究问题是：在满足网络覆盖度和连通度的前提下，通过无线传感网络中路径的选择，减少节点之间不必要的通信链路，提高网络的通讯速率。

动态规划方法恰好通常用于解决具有最优性质的问题。在这类问题中，可能有多个可行解，每个解对应于一个最优值。该方法将待求问题分成若干分子问题，先求解子问题，然后从这些子问题的解得到原问题的解。在求解子问题的同时，记录下每个子问题的解，当需要重复计算相同子问题的时候，直接找出已求得的答案，避免了大量的重复计算，减少了计算时间。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种基于动态规划的无线传感器网络路由方法，无线传感器网络进行路由时，信息一般需要由源节点经过自组织选定好的中间节点，传递给网络中的目标节点。本发明的目的是减少传感器网络节点传输时间、提高通信速率，利用动态规划算法，减少路由能量，达到传感器节点传输时间的最小化。

技术方案：本发明首先利用传感器网络中数据传送的多跳特征，得到网络中节点跳数的生成算法；然后基于动态规划的思想，把节点选取由二进制位表示，最后进行压缩状态，得到动态规划转移方程和路由求解方法。

步骤1：建立目标函数

1）用邻接矩阵表示法对无线传感器网络进行建图；

2）根据邻接矩阵表示的图，建立目标函数；在目标函数中，每访问一个节点都会得到一个当前的最佳路径；同时，用一个变量，通过状态压缩的方式，记录在当前节点有哪些节点被访问过，最终访问完所有节点时，将得到最优路线所需的最少时间；

步骤2：给每个节点设一个标记变量，表示该节点是否被访问过，如果该节点被访问，标记变量置为1；如果该节点未被访问，标记变量置为0；

步骤3：把状态编码为一个10位的二进制数；

步骤4：根据状态编码，定义两个节点之间传输的传播时间和延时时间，以及节点内部的传播时间和延时时间；