[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

说明书

本发明属于无线传感器与执行器网络技术领域，公开了一种无线传感器和执行器网络的可靠高效路由方法，包括：Kautz网络拓扑；选取网络构架；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；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单元，由前面单元ID的分配可知，ID靠近的单元位置较近。本发明利用节点IDs，能够快速选择最短路径；保证在链路故障情况下网络维持可接受水平的路由路径可用性；通过对比REFER算法；实验结果表明，本发明在实时性、容错性和可靠性性能上优于REFER。

技术领域

本发明属于无线传感器与执行器网络技术领域，尤其涉及一种无线传感器和执行器网络的可靠高效路由方法。

背景技术

当前计算机、通信和感知技术的发展致使无线传感器与执行器网络(WSANs)出现。无线传感器与执行器网络是无线传感器网络的一种，无线传感器与执行器网络由大量的异构传感节点和能够对感知到的物理信息作出响应的执行器构成。在工业进程中广泛应用，由普通低能量、性能资源的传感器节点和性能、容量远超普通节点的执行器构成。在(WSAN)中，传感节点协调并建立检测区域的通信网络，传感节点感知数据，并周期性或自发性地将数据传输给临近的执行器节点，执行器对此作出响应，可以用于工业自动化、实时目标追踪等应用。由于传感节点的低花费、灵活性和可拓展性，迅速取代了有线的工业设施。然而，工业环境恶劣，噪声的干扰给WSAN可靠、实时传输带来巨大的挑战。多跳通信增大了通信延时，信道状况的动态改变又给路由选取带来巨大的麻烦。因此，WSAN需要实施高效的通信设计。由于传感节点通常稠密部署在感知区域来保证覆盖范围和连通性。为满足WSAN的需求，研究者基于图设计了一种实时、高效的先验式路由，不需要维持路由表，只利用节点，中继节点能够高效、快速的选择最短路径，同时保证容错性。但这些基于Kautz图的路由存在一些问题，要么只利用了Kautz图拓扑的优越性，同样需要路由发现和维持，要么限定的路由路径，虽然能够保证一定程度的实时、高效的特性，但存在一大部分节点传输过程中并没有使用拓扑中的最短路径。同时，由于一般用于工业环境中，路由设计中应考虑链路故障。由于能量限制、缺乏实时性能以及工业无线环境的动态性，当前的无线传感器与执行器网络(WSAN)技术面临重大的挑战。无线传感网中一般使用反应式路由，然而反应式路由启动延时较大，并不能保证实时性。

综上所述，现有技术存在的问题是：目前的无线传感网使用反应式路由，启动延时较大，不能保证实时性，对于时延敏感应用影响尤为巨大；一方面，随着有线网络技术的日趋成熟，用户对无线网络环境下的多媒体信息服务有了更多的需求，不能保证实时性使得无法保证严格的QoS需求；另一方面，对于工业自动化进程应用，信息传输的实时性不能保证，带来的后果是自动化进程中断甚至更严重的损失。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种无线传感器和执行器网络的可靠高效路由方法。

本发明是这样实现的，一种无线传感器和执行器网络的可靠高效路由方法，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；

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；