[发明专利]无线传感器网络基于返回时延的定向扩散路由协议

说明书

技术领域

本发明涉及无线传感器网络路由技术。

背景技术

路由技术是无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)中研究最多的领域。现有的路由方式可分为分层式(hierarchical)和平面式(flat)两大类，LEACH(Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy)及定向扩散(Directed Diffusion,DD)分别是这两类中最典型的代表。

以数据为核心(Data-centric)的DD协议被认为是平面路由里程碑式的结果。DD协议包括扩散兴趣、建立梯度及路径加固三个部分，其通过对传感器节点感应信息的探询来选择下一跳的一个或多个目的节点。DD协议可以在无需任何传感器节点位置信息的情况下，寻找发现Sink与包含其感兴趣信息的传感器节点之间的路径。在路径建立过程中，节点只需了解其相邻节点的情况，是一种完全基于局部控制的路由技术。DD协议可同时应用于静态信息的获取和动态目标的追踪。

DD协议提供了两种梯度。第一种以路径时延为梯度，当前节点以与梯度值相对应的概率从多个相邻节点中随机选择下一跳节点。随机选择是出于健壮性和节点能耗公平性的考虑，但由此也带来了每次数据传输路径的并非是最短的，能耗和时延也不是最小的。DD协议中的第二种梯度是传输数据率，但需要路径加固过程，这个过程实际上是由信源节点发起的全网泛洪，这将带来较大的传输开销。

通过对DD协议进行改进，本发明提供了一种基于返回时延的定向扩散路由协议IEAF-DD（Interest Earliest Arrival First Directed Diffusion）。对比结果显示，IEAF-DD协议比DD协议具有更好的节能以及能耗均衡效果，且极大地降低了复杂度。

发明内容

本发明的目的是提供无线传感器网络能耗性能更好又更加简单的定向扩散路由协议。

为实现上述目的，本发明采用的技术路线为：

第一步Sink节点定期泛洪广播兴趣Interest;

第二步网络节点，例如A，根据Interest到达的先后，建立与发送Interest节点之间的梯度值。对于已建立梯度的节点发送的Interest不予理睬。对于收到未建立梯度的节点发送的Interest，采用下式建立梯度，

G_r=r

其中，r代表A接收到的Interest泛洪的序号，G_r表示A返回第r(1≤r≤n)个到达节点的梯度值。这样最先到达的节点，梯度最小为1，依次递增。

第三步网络节点在传输数据时，每次选取与该节点之间梯度值最小的节点为下一跳节点。若存在多个具有相同最小值的下一跳节点，随机从中选取1个作为下一跳节点。以此类推，将数据由源节点传输到Sink。

第四步节点根据自身耗能情况，调整与相邻节点之间的梯度。节点每间隔时间T₀，查询自己的剩余能量，当发现能量低于设定的阈值时，通知所有相邻节点增大与其之间的梯度值，随后更新阈值。本发明采用“1/2”方法，即新阈值等于原阈值的一半。节点最初的初始阈值等于节点初始能量的一半。节点间梯度的调整方法是，假设梯度值为G_r的节点因为能量过低而发出增大梯度的信息，节点A收到该信息。节点A根据下式调整其与邻居节点间的梯度：