[发明专利]无线传感网能量饥饿级别分布式确定方法和路由方案

说明书

技术领域

本发明属于无线传感器网络节能路由领域。具体涉及一种在无线传感器网络中通过局部范围内相互交换节点能量信息的方法，并将该方法应用于路由选择过程中去，来尽可能避免使用低能量节点转发数据分组，通过均衡使用网络节点能量来延长网络的生命周期。

背景技术

无线传感器网络由传感器节点和信息采集(sink)节点组成，传感器节点负责数据的采集和传输，sink节点负责汇总网络中传感器节点发来的数据，同时也是整个网络的控制节点，对网络中其它传感器节点进行管理。

由于无线传感器网络中节点在部署后，很难进行回收。因此，在部署后很难为节点更换电池或对其再次充电。因此，节点电源耗尽，就意味着节点死亡，无法再投入使用。当一个网络中死亡节点达到一定比率时，网络可能会被分割成不连通的区域。如果区域内没有sink节点。那么该区域网络所采集的数据就无法传送出去，等同于此区域所有节点死亡。因此，需要研究一种能量均衡消耗的路由协议，避免频繁使用某些节点而导致其快速死亡。

定向扩散(Directed Diffusion)协议是无线传感网网络中的一个典型路由协议，它的路径发现过程是，sink节点先广播具有较小梯度值的interest分组，数据源节点收到interest分组后沿其反向路径发送数据。Sink会向最先接收到数据的路径发送梯度较大的interest分组，即数据将沿延迟最小的路径发送。

发明内容

本发明的目的是设计一种面向无线传感器网络的节能路由方法。它运行于网络层，并可以与现有的路由协议结合在一起发挥作用。

本发明的技术方案是：在无线传感器网络中，节点在局部范围内交换的剩余能量信息，节点根据自己的剩余能量在附近区域节点剩余能量的高低次序来决定自己被选为路径节点的几率，从而达到低能量节点动态自我保护的目的。

本发明的方法简单且易于实现。

附图说明

图1：节点向自己的k跳邻居广播自己的剩余能量示意，图中k＝3；

图2：t1时刻，低能量节点收到树建立请求分组示意，低能量节点a为深色；

图3：t1+t时刻，节点a的邻居已经从其他路径收到请求分组示意，深色节点a为树叶节点。

具体实施方式

下面结合附图及实例对本发明作进一步的说明。

协议分成两个阶段，第一阶段完成局部能量信息交换，第二阶段根据第一阶段所获得的能量次序信息，完成路径发现。第二阶段利用第一阶段获得的信息辅助路径发现。两个阶段可以并行工作，第二阶段不需要等第一阶段完成就可以开始进行。

协议分成两个阶段，第一阶段完成局部能量信息交换，如图1所示。每个节点以周期T向自己相邻区域扩散自己的剩余能量信息分组。每个节点应保存一个序列号seq。每个剩余能量信息分组携带下述信息：源节点id值、seq值、该节点剩余能量数值、TTL值。Seq初值为0，每扩散一次该类分组，seq值加1。TTL值表示该分组可以扩散的范围(跳数)。这样，可以通过seq值和id值唯一的标识一个能量信息分组，避免中间节点重复转发。并且，seq可以标识能量信息分组的新鲜程度，节点可以不处理陈旧的分组。所有的能量信息分组会被邻居本地存贮后继续转发，每次转发之前将分组TTL域的值减1。如果TTL值为0，则停止转发。假定TTL初值为k。那么，网络中每个节点都可以收到自己k跳邻居发来的能量信息分组。即节点可以知道k跳范围邻居的剩余能量信息。据此，使用某种排序算法节点可以计算出自己的剩余能量的排序。节点每收到一个能量信息都会重新计算能量次序。

另外，节点发送能量信息分组的间隔T可以由节点根据自己能量变化的速度动态决定，如果节点能量变化得慢就加大T，如果能量变化得快就缩短T。另外一种可供选择的方式是当本节点能量变化超过一个门限值时，就触发一次能量信息分组广播。至此，第一阶段描述完成。第一阶段进程的执行随时间持续进行下去。

第二阶段根据第一阶段所获得的能量次序信息，完成路径发现。

下面以DD协议为例，描述如何应用剩余能量信息。

假定节点能量分为L个级别，L≥2。节点x对应的能量等级为Lx。比如，当L＝4时，可以设置剩余能量最多的前50％节点、剩余能量在50％～75％的节点、剩余能量在75％～87.5％的节点，87.5％～100％的节点分别对应级别L1、L2、L3、L4；另外一种分法是剩余能量最多的前25％节点、剩余能量在25％～50％的节点、、剩余能量在50％～75％的节点，75％～100％的节点分别对应级别L1、L2、L3、L4。

在扩散interest分组过程中，中间节点收到一个interest后，首先判断自己的剩余能量所属的级别每一个级别都对应一个延迟时间值。例如：当L＝4时，L1，L2，L3，L4四个级别分别对应T1，T2，T3，T4四个时间值，且T1＜T2＜T3＜T4。节点根据自己的能量级别延迟相应的一段时间Tx，然后再转发interest，如图2、图3所示。Tx取值应大于0，小于扩散interest的上限时间。因为sink只加强最先收到数据分组的路径，这样可以保证，含有较低能量节点越多的路径延迟时间就越长，被sink节点选中传输数据的概率就越低。因此，在网络使用过程中，随着路径能量的降低，sink节点会不断的变换路径，抛弃能量较低的路径，改用能量较高的路径。这样就保护了低能量的节点不会过早死亡，使网络能量均衡的消耗。