[发明专利]适用于无线传感网路的多路径路由协议

说明书

技术领域

本发明属于无线路由协议领域，尤其涉及一种解决无线传感器网络时延、可靠性等问题的多路径路由协议。

背景技术

当前的无线传感器网络路由协议种类很多，大多以Ad hoc路由协议为基础，结合无线传感器网络的特性而设计。针对于不同的应用场景和性能要求，路由协议又有很大的不同。总体来说，无线传感器网络有如下特征：网络规模较大，节点数目较多，节点密度大，节点能量极为有限，需要频繁发送分组等。

无线传感器网络路由协议所要考虑的主要性能指标有时延、可靠性、网络寿命和移动性等。在一些特定的应用中，时延和可靠性往往是首要指标。

当节点的移动性不强，网络拓扑比较稳定的情况下，树状网络在网络拓扑形成后就已形成默认路由(不一定最优)，而不需要寻路，尤其在节点需要频繁与根节点通信的情况下，树形网络可以节省寻路时间从而减少了时延。但树状网络的缺点也非常明显，当某个节点失效，其下游节点与上游节点的通信就随之失效，这就需要高效的修复机制。同时，网络中大多数的默认路由不是最优。基于树状拓扑进而形成网状拓扑可以一定程度上解决如上问题，尤其使网络的可靠性得到很大加强，分组可以通过多条路径到达目的节点而不是单纯的按树形参与路由，但网状网仅仅是对路径进行了优化并没有找到最优路径，并且其修复机制有待改善。

当前的Ad hoc平面型路由协议大多数以尽力寻求最短路径为目的，例如AODV、DSR等，此类路由均能寻得最佳路由，但当网络节点密集且需频繁发送分组时，控制消息所带来的开销和分组的碰撞将会比较严重。在网络规模较大时，路由寻路所产生的延时较大，在链路故障时需要重新发送控制消息进行再次寻路，其时延性与可靠性均有待于进一步提高。

发明内容

本发明的目的在于针对现有传感器网络协议时延大、网络可靠性差等问题提出一种基于树状网的多路径路由协议。

本发明的技术方案包括：无线传感器网络的初始化、数据发送以及路由修复的步骤。

无线传感器网络在初始化阶段形成树结构，树结构的形成过程可以分为四个步骤：骨干节点选取阶段，成树阶段，地址分配阶段与骨干节点成网阶段。

在骨干节点选取阶段：各个节点以连通度作为权值，其中，在一跳内具有最大连通度的节点被选为骨干节点，骨干节点的邻居节点作为下级节点加入该骨干节点的子网内；两个簇之间选举出一个网关节点，该网关节点也作为骨干节点。

成树阶段：上一阶段选举出的骨干节点以汇聚节点为根，逐步加入组成树状网络。

地址分配阶段：在节点身份确定后，父节点根据其每个子节点实际需要与期望需要为子节点分配一个高位连续的地址块。每个骨干节点被分配到的地址数要大于其实际需要并小于期望需要。骨干节点再为其低级节点分配子网内地址。骨干节点使用高位地址区分，同一子网内低级节点使用低位地址区分；

骨干节点成网阶段：骨干节点之间通过交互默认路由表进一步形成网状结构。网状结构的形成是对树状结构的一种改进，提高了网络的鲁棒性。

数据发送的具体步骤：以一次路由为例，当i节点(若i节点非骨干节点则先将数据发送给骨干节点，由骨干节点发起路由过程)要给j节点发送一个数据包时，i节点会向所有骨干邻居节点(包括树与非树)广播一个RREQ消息进行寻路，i节点的一跳邻居节点接受到该RREQ消息后会在该消息中添加一个Firstid表项目，在以后的转发中该字段不再改变，已经处理过该路由请求的非源节点邻居节点的中间节点对接受到的具有不同Firstid的请求进行丢弃处理，目的节点在收到路由请求分组时，只需要按照转发路由请求分组过程中建立的反向路由发送至源节点，这样可以建立源节点与目的节点之间的节点不相关的多路径。

路由修复的具体步骤：因为网络中备份了多路径，即在单点失效时能马上启动备用的路径，提高了可靠性，减小了修复时间。只有当所有备用路径均无法使用时才会进行重新寻路。

本发明对网络规模没有严格的限定，尤其适用于无线传感器网络，可有效地解决无线传感器网络时延大、可靠性差、修复时间长等问题。

附图说明

下面结合附图对本发明作详细说明：

图1为根据本发明实施例的数据包发起流程示意图；

图2为根据本发明实施例的发送路由请求消息流程图；

图3为根据本发明实施例的初始化后骨干节点拓扑框图。

具体实施方式

本发明的前提是应用于无线传感器网络，并且网络中的骨干节点与普通节点均是在初始化过程中自发形成，骨干节点均匀分布在网络中。