[发明专利]用于无线体域网或能量受限的小型无线传感网络的可靠节能型层次路由实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及通信领域，具体涉及一种路由实现方法。

背景技术

无线体域网(WBAN)是一种新型的无线传感器网络(WSN)，指分布在个人体表或体内的无线传感器组成的网络，可用于检测人体健康情况或跟踪人体的运动状态。WBAN在医疗、娱乐、军事及日常生活中均有重要应用。WBAN在医疗领域常用来监测老年人的身体指标，可穿戴传感器用来采集EEG、ECG等指标，并传送给Sink节点，Sink节点再对数据进行初步处理再作为网关将数据通过Internet或蜂窝网传送至医疗中心，医疗中心的专业人员可以监测病人的日常的身体指标状况，而病人可以离开医院不影响日常生活。WBAN还可以在发生突发状况时及时发出求救信号等。

与其他传感器网络相比，WBAN的网络规模一般较小，通常直径不会超过3米。并且考虑到人体佩戴的舒适度及电磁波对人体健康的影响，其包含的节点个数通常不超过20个。

由于监测部分身体状况的传感器是采用的植入或吞入的小型传感器设备，传感器的尺寸不宜过大，因此电池的尺寸也须很小，其分布的位置使得更换电池十分不便，因此传感器网络中能量和资源受限等特点在WBAN中更为突出；因此，设计一种简单高效的路由算法，延长网络的总体生存周期，是WBAN的关键技术。与普通节点相比，Sink节点作为数据的聚集节点和网关通常是一个手持设备，与其他节点相比，其体积可以很大，充电过程也十分方便，在网络中可以忽略其节能方式的考虑，将其作为一能量无限的节点。

从路由的角度看，WBAN有其自身的特点，既不同于移动自组网(Mobile Ad hoc Network,MANET)，也不同于其他无线传感器网络。

WBAN中数据通常是单向传输，由节点传送至Sink，并且数据的产生是持续的，每个节点应一直保存着到达Sink节点的路由信息；节点会存在一定的相对运动，这种相对运动不会像传统的Adhoc中的运动会完全改变网络的拓扑形状。WBAN中的相对运动只会对网络拓扑的细节产生影响，例如：某个节点的加入或是退出，多数情况下，节点之间的相对位置相对固定。

由于WBAN中的节点个数较少，通常的在数据进行数据发送时，会存在一些处在关键位置的节点在自己工作的同时还需要转发大量其他节点的数据，这种情况会加速这些关键位置节点的能量消耗，使得这些节点加速死亡。由于这些节点的位置一般比较重要，这些节点的死亡会导致整个网络的传输效率和能量消耗情况严重恶化。因此保持这些关键位置节点的存活，平衡节点之间能量消耗的平衡性，是设计适用于WBAN高效路由所必需考虑的关键问题。

综上所述，WBAN的网络结构所决定其路由算法应有如下特征：

1)、算法简单：节点不应消耗大量的能量在路由选择上，因此路由算法应简单快速，尽可能的减少各传感器节点的空闲收听时间。

2)、分层路由：平面路由会导致网络形状及节点个数有限等因素，这种路由会使某些关键位置的节点转发大量信息形成网络中的瓶颈，不利于网络的稳定性。

3)、尽量采用星形拓扑：太多的跳数无意义的消耗能量，若需要多跳树结构拓扑，应保证其在2跳内将信息传送至Sink节点。

4)、数据融合：在分层路由协议中，作为簇头的节点可将受到的数据进行整合，减少传送信息中控制信息的位数，提高能量利用率。

5)、路由信息按周期性进行维护，以免个别节点作为转发节点能量消耗过大，导致过早死亡而影响整个网络的性能。

现有的方案及优缺点：传感器网络的路由被分为平面路由和分层路由。在平面结构中，所有节点的地位是平等的，在普通的WSN中存在在能量消耗不均匀导致某些节点过早死亡的情况。但由于WBAN的的网络形状及节点个数有限等因素，这种路由会使某些关键位置的节点转发大量信息形成网络中的瓶颈，并且维护动态路由是需要大量的控制信息。分层路由的基本思想是将传感器节点组织成簇，每个簇中选取一个簇头，蔟内的节点将信息传送给簇头，再由簇头转发至Sink节点。这种方案对于网络结构的变化有较强的适应性，适用具有动态拓扑的网络。优化簇头选择的计算方案可以使得网络中的能量消耗分布均匀，最大限度的延长网络生存时间。