[发明专利]一种适用于工业无线传感器网络的资源均衡多径路由方法

摘要

本发明是一种适用于工业无线传感器网络中基于资源均衡策略的多径路由方法，涉及工业无线传感器网络；该路由方法采用跨层设计的思想，对物理层的数据收发能量消耗以及网络层的转发队列内存消耗进行综合评估，提出基于资源均衡因子的路径优先级判定策略。同时结合广度优先搜索算法，计算出从数据源节点到目的节点间的多条冗余路径，既满足了工业无线传感器网络均衡节点资源的要求，也提高了源节点与目的节点之间通信的可靠性。发明以ISA100.11a网络为例，当ISA100.11a网络中系统管理器进行路由路径计算时，会基于当前网络的拓扑以及各个传感器节点的资源消耗情况，计算出一条优选路径以及多条备选路径，并把路由信息分发存储到路径上的各个节点中，完成路由的配置。经验证，算法可行及达到预期效果。

主权项

一种适用于工业无线传感器网络的资源均衡多径路由方法，其特征在于：主要包括以下步骤：步骤一：当前网络拓扑为G(V,E)，V表示网络中的传感器节点的集合，E表示传感器节点之间相连的边的集合，从数据传输的目的节点出发，遍历网络中的每一个传感器节点，计算广度优先搜索生成树TBFS；步骤二：根据步骤一中计算得到的生成树TBFS，其叶子节点组成叶子节点集合Vleaf，创建集合M和一个先进先出的队列Q；步骤三：任意取出步骤二Vleaf中的一个叶子节点Vj，j＝1,2,...,k，k为叶子节点总数，把Vj加入集合M，若Vleaf为空，则转至步骤七；步骤四：从集合M中取出一个元素Vd，设元素Vd在步骤一所述的生成树TBFS中的深度为d，取所有深度为d‑1且在G(V,E)中与Vd有相连边的传感器节点，加入集合M；步骤五：取出当前集合M中的所有节点Vi，i＝1,2,...,n，n为集合M中传感器节点的数量，计算其资源均衡因子ki，根据ki从小到大的顺序，步骤四中的节点Vd依次选取Vi作为其下一跳节点，并在Vd与Vi间生成多跳冗余路径，其中选择传感器节点Vt为下一跳优选节点，传感器节点Vt的资源均衡因子为kt＝min{k1,k2,...,kn}，并生成优选路径edt，edt表示一条从节点Vd指向节点Vt的边，加入ROUTEj中，ROUTEj用来存储当前已生成的从叶子节点Vj到目的节点的路由路径，j用来标识步骤三中当前正在处理的叶子节点Vj；选择其余节点Vq为下一跳备选节点，q＝1,2,...,n,q≠t，并生成多条备选路径edq加入ROUTEj中，备选路径edq根据对应传感器节点Vq的kq值按从小到大的顺序排列，q＝1,2,...,n,q≠t，路径优先级逐渐递减；最后，若Vi在前面的步骤中没有被加入过队列Q，则把Vi按照其ki从小到大的顺序依次放入队列Q中；步骤六：取出步骤五队列Q中的第一个传感器节点，若该节点不是数据传输的目的节点，则把该节点加入集合M，执行步骤四，否则表明从步骤三中叶子节点Vj到目的节点的路径已求出，且已保存于ROUTEj中，j＝1,2,...,k，k为叶子节点总数，此时清空集合M和队列Q，执行步骤三；步骤七：对于计算得到的ROUTEj，j＝1,2,...,k，进行如下优化：若对于某一个ROUTEi中包含的所有路径，存在一个ROUTEj同样包含这些路径，称ROUTEi包含于ROUTEj中，则删除ROUTEi，只保留ROUTEj；步骤八：为优化过后的每一个ROUTEj分配唯一的路由ID标识ID1,ID2,...,IDk，j＝1,2,...,k，对于ROUTEj中的每一条路径eab，表明传感器节点Va存在下一跳节点Vb，把IDj以及Vb分发到Va的路由表中，下一跳节点包括下一跳优选节点和下一跳备选节点，每个传感器节点的路由表记录分发得到的路由ID以及路由ID对应的下一跳优选节点、备选节点。