[发明专利]一种无线传感器和执行器网络的可靠高效路由方法

权利要求书

1.一种无线传感器和执行器网络的可靠高效路由方法，其特征在于，所述无线传感器和执行器网络的可靠高效路由方法包括以下步骤：

步骤一，Kautz网络拓扑，对于给定的度数和直径一个拓扑至多可容纳的节点数受Moore界约束；对于给定的节点度数和节点总数的任意网络拓扑；作为图嵌入的挑选节点能够构成Hamiltoniam环；对于给定的度数d和直径n一个拓扑至多可容纳的节点数受Moore界1+d+d²+...+dⁿ约束，Moore界通常情况下都是不可达的，其中d为节点的最小相连节点数，n为任意两个顶点间距离的最大值；

对于给定的节点度数和节点总数N的任意网络拓扑，根据Moore节可知，其网络直径的下界是log_d(N*(d-1)+1)+1，Kautz图的网络直径达到了下界，高兹图具有最优的网络直径；

WSAN节点均匀地分布在长度为d的方形区域内，作为图嵌入的挑选节点能够构成Hamiltoniam环，挑选节点的传输范围r应该满足r≥0.8*b，b为方形面积；

步骤二，选取网络构架，传感节点密集地部署于应用区域，执行器节点挑选传感节点构建成Kautz图的模型，资源丰富的执行器节点作为Kautz图的顶点；网络由多个Kautz图单元构成，组成DHT结构；在所有Kautz单元构建完成之后，需要给每个Kautz单元中的传感节点赋予ID，Kautz图的构建；

步骤三，邻居Kautz节点周期性的发送HELLO数据包检测邻居Kautz节点的状况，发现找不到邻居节点的情况，通知邻居传感节点唤醒并选取链路质量最高的节点作为新的Kautz节点；

步骤四，对于网络构架，在网络分成多个Kautz单元之后，对于跨单元的数据传输，执行器使用贪婪路由的方法将数据包发送给ID接近目标单元ID的单元，由前面单元ID的分配可知，ID靠近的单元位置较近。

2.如权利要求1所述的无线传感器和执行器网络的可靠高效路由方法，其特征在于，所述步骤一中：定义Kautz有向图K(d,n)是节点度为d，直径为n的有向图，节点使用编号(u₁,...,u_n)表示，其中u_i∈(0,1,...,d)，u_i≠u_i+1，K(d,n)的边集E以顶点u₁,...,u_n为起点，连向u₂,...,u_nα的d条有向边，α∈{0,1,...,d}。

3.如权利要求1所述的无线传感器和执行器网络的可靠高效路由方法，其特征在于，所述步骤二中：每个WSAN单元包含一个单元ID，每个传感节点在每个单元包含一个节点ID，WSAN中每个节点可以用(CID,KID)表示，CID表示每个WSAN单元包含一个单元ID；KID表示每个传感节点在每个单元包含一个节点ID；其中KID＝{u₁,...u_i,...u_n|u_i∈(0,1,...,d),u_i≠u_i+1}是Kautz图中的KautzID；在Kautz单元构造时，首先选取一个执行器节点作为初始点，选取与该执行器节点最近的执行器并与之相连，任取该边的一边，通过邻居节点交换信息，从公共邻居节点中选取到该边两端点距离最短的执行器构成三角形区域，该三角区域ID赋为1；以同样的方式继续构造Kautz单元，直至覆盖整个网络，并为每个单元赋予ID；

Kautz图的构建将WSAN表示为有向图G(d,n)，使用顺序顶点着色算法，每个节点分配一个不被邻居节点使用的最小的颜色号码，对于任意的节点对U＝u₁u₂...u_n和V＝v₁v₂...v_n，l＝L(U,V)表示U的最长后缀与V的前缀的匹配；

对于Kautz图的构造，Kautz图共包含N＝(d+1)d^n-1个节点，执行器间互联，将剩余节点即图中红色的节点按照上述规则选取满足Kautz图条件的最高信道质量的前驱和后继，保证节点度为2，直径为3，Kautz图建立完毕。