[发明专利]一种支持有效域区分的无线传感器网络多径路由机制

说明书

技术领域

本发明涉及一种无线传感器网络多路径路由方法的实现方法，具体来说，特别是涉及一种支持有效域区分的无线传感器网络多径路由方法，属于计算机网络技术领域。

背景技术

路由协议是无线传感器网络研究领域核心技术之一，路由协议的性能和整个网络的性能密切相关。与传统网络的路由协议相比，无线传感器网络的路由协议具有以下特点：能量优先、基于局部拓扑信息、以数据为中心、应用相关。针对传感器网络路由方法的上述特点，在根据具体应用设计路由方法时，要使传感器网络路由协议满足能量高效、扩展性好、鲁棒性好和可以快速收敛的特点。

在无线传感器网络的某些应用对通信的服务质量有较高要求，如可靠性和实时性等，然而在无线传感器网络中，链路的稳定性难以保证，拓扑变化比较频繁，要实现服务质量保证，需要设计相应的可靠的路由协议。

目前无线传感器网络的路由协议，大多从传感器节点资源受限，节省能量的角度考虑，采用单路径单播数据转发方法，即根据能量消耗、跳数等衡量指标选择一条相对最优路径进行数据发送。然而采用单路径路由协议，有以下缺点：

1、延时较大。单路径传输，由于传输带宽有限，因此延时较大，无法适用于时延要求低的应用场景；

2、稳定性较差。由于无线链路的不稳定，单路径路由由于拓扑的变化不得不重新建立，稳定性较差，这也是单路径传输时延较大的一个重要因素。

3、负载均衡性不好。采用单路径路由很容易造成一条路径的使用过密，从而导致部分节点能量过早耗尽，减少了网络最大生存时间。

多路径路由克服了单路径路由上述的缺点，具有单路径路由无法比拟的优势，因此，多路径路由算法的研究越来越引起人们的重视。按照路径相交原则分为多路径路由可以分为交织多路径和不相交多路径，其中根据不相交的对象不相交多路径可以分为两种：节点不相交和链路不相交。节点不相交实际上是保证了各条链路的各自独立，互不影响，所以使用节点不相交路由更为合适。但是，节点不相交的条件比链路不相交的条件苛刻得多，因此节点不相交路由最少，也很难寻找。特别是在节点间距离增大的时候，节点不相交路由更少，因此需要在多种多路径方式中进行考虑，从数据传输可靠性、负载均衡以及传输时延的角度建立多路径路由协议。

目前已有很多关于多路径路由的研究，然而目前的多路径路由协议，大都是从负载均衡以及能量有效的角度考虑，并没有考虑到传感器网络实际应用中无效域的存在。在无线传感器网络中，由于节点分布不均匀以及能量消耗的不均衡，经常会出现能量空洞、数据拥塞区、覆盖盲区等数据传输不可靠的无效区域。传统的多路径路由协议，并没有考虑这些导致数据传输不可靠因素，因此也就不能保证数据传输的准确和及时性。因此，如何在考虑负载均衡及能量有效前提下，设计保证数据传输可靠、时延最小的数据路由协议，成为无线传感器网络多路径路由需要解决的关键问题。

发明内容

本发明的目的在于改进上述现有技术中的不足而提供一种支持有效域区分的无线传感器网络多径路由方法。能够在数据传输的稳定性和负载均衡、能量消耗均衡等方面同原单路径路由相比具有一定的优势。本发明解决了由于无效域的存在而导致数据传输不可靠的问题，建立多路径路由方法绕过无效区域，从而提高数据传输的稳定性。

本发明的目的通过以下措施来达到：

一种支持有效域区分的无线传感器网络多径路由方法，包括如下步骤：

1)节点初始化，向周围一跳节点广播HELLO消息；

2)节点收到HELLO消息，将HELLO消息源节点地址加到邻居节点表；

3)源节点采集到数据，要向目的节点发送数据时，查询路由表，发现无达到目的节点的路由表项，广播一个路由请求消息；

4)中间节点收到路由请求消息，首先检测自己是否是无效节点，若为无效节点则直接丢弃路由请求消息，若不是无效节点，则继续广播路由请求消息；

5)目的节点收到各个节点来的路由请求消息，进行比较，选择至少2条性能最好的路径存到路由请求表缓存，然后发送2条路由回复消息；

6)中间节点收到第一个路由回复消，给路由表项设上标志，表示自己已经是路径上的一个转发节点；

7)如果节点再次收到到达相同源节点的路由回复消，则启动邻居表交互方法，查找跟上一跳节点共同的邻居，设为下一跳节点，第二条路由回复消继续传播；

8)源节点收到路由回复消之后则随机选择一条路由发送数据。

其中启动邻居表交互方法步骤为：

1)给第二条路径它的上一跳节点H发送邻居表通告消息；