[发明专利]一种基于数据驱动链路估计的传感器网络实时路由方法

说明书

技术领域

本发明涉及传感器网络实时路由协议方法领域，特别是涉及一种基于数据驱动链路估计的传感器网络实时路由方法。

背景技术

无线传感器网络是一种无线自组织网络，它与传统网络相比，具有以下特点：由大量的传感器节点构成；节点由电池供电，能量、计算能力、存储空间和通信能力有限；网络拓扑变化较快。目前，无线传感器网络领域的研究内容很多，其中路由协议作为无线传感器网络的核心技术，成为国内外研究的热点。无线传感器网络路由协议负责将数据报文从源节点通过网络转发到目的节点，主要包含两个方面的功能：一是选择源节点到目的节点的优化路径，二是沿着选定的路径正确发送(或转发)数据报文。

目前对于无线传感器网络路由算法的设计，已经存在很多较成熟的解决方案，例如泛洪式算法(Flooding)、DSR(dynamic source routing)、AODV(Ad Hoc on-demand distance vector)、SPIN(sensor protocol for information via negotiation)、SAR(Sequential Assignment Routing)、定向扩散算法(Directed Diffusion，DD)、GEAR(Geographic and Energy Aware Routing)、低功耗自适应聚类路由算法(Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy，LEACH)、TEEN(Threshold sensitive Energy Efficient sensor Network protocol)、PEGASIS(Power-Efficient Gathering in Sensor Information System)等。

这些路由算法各有其优势和缺陷，而且针对不同的应用表现的性能也大相径庭，它们的存在为无线传感器网络路由算法的研究提供了多种思考的方向。下面，简单的介绍他们的原理。

(1)泛洪式算法

Flooding算法是一个经典、简单的传统网络路由算法，可应用到无线传感器网络中，并且不需要维护路由信息。在Flooding算法中，节点产生或收到数据后向所有邻居节点广播，数据包直到过期或到达目的地才停止传播。该算法具有严重的缺点：内爆(节点几乎同时从邻居节点收到多份相同数据)、交叠(节点先后收到监控同一区域的多个节点发送的几乎相同的数据)、资源利用率低(节点不考虑自身资源限制，在任何情况下都转发数据)。

(2)DSR

DSR是一个专门为Ad Hoc网络设计的简单且高效的路由算法。所有的路由都是由DSR路由算法动态地、自动地确定和维护，它提供快速反应式服务，以便帮助确保数据分组的成功交付，即使在节点移动或者其他网络状况变化的条件下也是如此。

DSR路由算法由两个主要机制组成——路由寻找机制和路由维护机制。路由寻找机制在源节点需要给目的节点发送一个分组并且还不知道到达目的节点的路由的时候使用。当源节点正在使用一条到达目的节点的源路由的时候，源节点使用路由维护机制可以检测出因为拓扑变化不能使用的路由，当路由维护指出一条源路由已经中断而不再起作用的时候，为了将随后的数据分组传输到目的节点，源节点能够尽力使用一条偶然获知的到达目的节点的路由，或者重新调用路由寻找机制找到一条新路由。在DSR路由算法中，路由寻找机制和路由维护机制均是完全按需操作，不需要某个网络层次的某种周期分组，如DSR不需要任何周期性的路由广播分组、链路状态探测分组。DSR路由算法的所有状态都是“软状态”，因为任何状态的丢失都不会影响DSR路由算法的正确操作，因为所有状态都是按需建立，所有状态在丢失之后，如果仍然需要的话则能够很容易得到迅速恢复。DSR路由算法的路由寻找机制和路由维护机制的操作是单向链的，不对称的路由很容易得到支持。

DSR路由算法的完整版本直接使用“源路由”，节点使用路由缓冲器存储节点所知的源路由，当发现新路由时，更新缓冲器内的条目。节点所发送的每个数据分组均在其分组头中携带其一个完整的、按序排列的路由信息。

(3)AODV

AODV是一种按需单径距离矢量无环路由，它结合了DSDV(destination-sequenced distance-vector)[17]中目标序列号和DSR中按需路由发现技术。算法分为路由发现和路由维护两部分。

A.路由发现