[发明专利]一种寻找物联网最长生存时间路由的方法

说明书

本发明公开了一种寻找物联网最长生存时间路由的方法，包括以下步骤：初始化路由，使得每条边上的消息数量为0，初始化对最优解的估值；选择任意一个未发消息的节点；从选中的节点出发，寻找一条安全路径到汇聚节点，若不存在安全路径，则降低对最优解的估值，直到存在安全路径；沿着安全路径更新路由，更新后，被选中的节点可发出自己的消息；重复执行上述步骤，直到所有节点均发过消息，此时，最优解的估值等于真实值。本发明的计算复杂度低、执行速度快，适用于需要快速反应的场景，且寻找到的路由的生存时间更长。

技术领域

本发明属于无线网络技术领域，尤其涉及一种寻找物联网最长生存时间路由的方法。

背景技术

在典型的物联网中，节点周期性采集数据，并通过网络将数据发送到汇聚节点。因此，节点不仅需要发送自身的数据，还需要转发来自其他节点的数据。每个节点将数据发送到哪个邻居节点是由物联网的路由决定的，不同路由下，物联网节点的能耗不一样，距离第一个节点电量耗尽的时间节点也不同。如何寻找路由使得第一个节点电量耗尽的时间最晚，即，物联网的生存时间最长，是待解决的技术问题。

现有的方案主要寻找树状路由结构，即，路由树。在路由树中，每个节点需要将其自身的数据以及来自其他节点的数据发送到单一的邻居，即它的父节点。节点不允许将消息发送给两个及以上邻居。由于在树状路由结构下，最大化物联网生命期从计算复杂性理论的角度而言是NP难的，导致已有的方案只能找到次优的路由，或者需要消耗大量的时间。

非树路由结构需要消耗一定的空间资源维护路由结构，但其可以使物联网的生存时间更长，比最优的路由树的生存时间还长。遗憾的是，目前寻找非树状路由的方法效率不高，且无法分布式实现，限制了方法的实用性。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提出一种寻找物联网最长生存时间路由的方法，该方法耗时短、可分布式实现，且寻找的路由具有最长的生存时间。本发明能够找到最优的路由结构，可以是树状结构，也可以是非树状结构。

技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种寻找物联网最长生存时间路由的方法，包括以下步骤：

(1)初始化路由，使得物联网G＝(V,E)的每条边上的消息数量为0，其中V为物联网节点集合，E为有向边集合；初始化对最优解即路由最长生存时间的估值，标记除汇聚节点外的所有节点为未发消息的节点；

(2)选择任意一个未发消息的节点，从选中的节点出发，寻找一条安全路径到汇聚节点，若不存在安全路径，则降低对最优解的估值，直到寻找到安全路径；

所述安全路径是指当且仅当沿着该路径增加一个数据包不会导致网络的生存时间低于当前最优解估值；

(3)沿着安全路径更新路由，路由更新完成后，被选中的节点发出自己的消息，标记该节点为已发送消息状态；

(4)若存在未发过消息的节点，则返回执行步骤(2)，直到所有节点均发过消息，此时最优解的估值等于真实值，当前路由即为最长生存时间的路由。

进一步地，所述步骤(1)具体包括：

(1.1)初始化路由f，使得物联网的任意边上的消息数量为0，即对于任意边(u，v)∈E，该边上的消息数量f(u，v)＝0，其中u，v为物联网节点，E为物联网的边的集合；从节点u到节点v有一条的边的含义是从节点u可以发送消息到节点v，用有序对(u，v)表示；

(1.2)初始化对最优解的估值b，令其大于物联网理论上最优的生存时间，由于当所有节点仅发送一个数据包且不转发任何数据包时，生存时间最长，即设置：

其中e_v为节点v的初始能量值，Tx为节点发送一个数据包的能耗；