[发明专利]一种不对称通信链路条件下的网络自组织方法

说明书

本发明提供了一种不对称通信链路条件下的网络自组织方法，该方法通过在一轮简单泛洪广播前后分别增加了“找邻居”环节与“问答”环节来建立路由矩阵，然后利用经典最短路径算法根据路由矩阵计算路由表，达到在通信链路不对称的情况下完成快速网络自组织的目的，同时经过仿真可知，本发明提供的网络自组织方法在实施过程中，路由表的生成速率、完成率和准确率均明显高于简单泛洪广播和概率泛洪广播算法的实施结果。

技术领域

本方法属于无线传感器网络领域，特别涉及一种不对称通信链路条件下的网络自组织方法。

背景技术

无线传感器网络由随机布放在感兴趣区域内的传感器节点组成，需要通过自组织方法才能建立网络路由并形成无线传感器网络。目前，网络自组织方法的大体思路有：1、各节点在布放之后并不形成自己的路由表，只在需要发送数据的时候，再行寻找路由进行发送；2、各节点在布放之后存在一个路由建立阶段，在该阶段每个节点建立自己的路由表，并对路由表进行定期或者不定期的更新。第1种思路称为按需路由，第2种思路称为表驱动路由，两种思路各有优缺点，但若是考虑各个节点在布放后相对固定且难以获得地理位置、环境特性以及拓扑结构等辅助信息的应用场景，第1种思路的可行性将大大降低，因此本方法按照第2种思路进行路由建立。

常见的采用第2种思路的路由协议有：DSDV(Destination-Sequenced Distance-Vector routing)协议、OLSR(Optimized Link State Routing)协议、WRP(WirelessRouting Protocol)协议、STAR(Source Tree Adaptive Routing)协议等。以上协议的实现及性能评估以软件仿真为主。而实际运行时，容易因不同节点的发射源级差别、发射指向性差异或者布放位置的背景噪声以及传播条件不同等原因引起节点间上下行通信链路不对称的问题，即：由节点A发出的数据包可以经节点B路由后到达节点C，但是由节点C发出的数据包却无法经节点B路由回到节点A。上述协议中：DSDV协议、OLSR协议默认上下行通信链路是对称的，在通信链路不对称的情况下无法正常运行；WRP协议解决了DSDV协议计数到无穷的缺陷，需要维护四张表且不允许节点睡眠，能量消耗过大；STAR协议考虑了不对称通信链路的问题，通过泛洪广播方法更新上行链路质量参数，但是STAR协议是以链路层无冲突的假设条件为基础的。即使不考虑在有些传播延时长、资源有限的应用场景(例如：水声传感器网络)中，获取上行链路质量参数在节点间进行数次通信交互、或者通过传感器获取的环境特性数据进行大量的本地计算时产生的难以忽视的能量消耗；仅仅是泛洪广播造成的冲突与拥塞便足以导致整个无线传感器网络出现瘫痪。

针对泛洪广播的这一缺陷，常见的改进方法有：1、概率或聊天式泛洪(probabilistic or gossip flooding)；2、地域式泛洪(area based flooding)；3、邻居知识式泛洪(neighbor knowledge flooding)。概率或聊天式泛洪也不需要辅助信息，每个节点在接收到其他节点发起的泛洪广播时，按照一定概率将其广播下去，此概率值往往需要根据实际情况不断试验调整。地域式泛洪通常需要每个节点可以较精确的获得自身的地理位置信息；邻居知识式泛洪一般需要本地拓扑结构及重复消息的统计信息，即在自组织阶段之前需要知道网络的拓扑结构，然而这些前提条件在有些情况下都是难以满足的。

考虑一种应用场景——网络节点在布放后难以移动，没有任何先验的邻居信息、拓扑信息，且难以获取到自身地理位置信息，同时存在上下行通信链路不对称的情况。该场景下使用基于对称链路的简单泛洪广播或者概率泛洪广播算法无法正确完成网络自组织。

发明内容