[发明专利]一种基于能量感知的GPSR动态路由选择方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及传感器网络的路由算法，具体涉及一种基于能量感知的GPSR动态路由选择方法。

背景技术

无线传感器网络(WSN)由大量传感器组成，每个传感节点具有信息收集、处理、无线通信功能，通过无线传感器协议自组成无线传感器网络。WSN部署灵活、方便，应用广泛。随着电子技术的发展，尤其是微机电系统(MEMS)技术的发展，电器器件的性能不断提高，成本不断下降，近一步促进了无线传感器网络的发展。近年来，物联网的提出扩大了无线传感器网络的应用，无线传感器网络的重要性日益显现。

路由问题是形成无线传感器网络的关键技术，各个传感节点之间正是靠路由连接的。传感器节点能量受限是传感器的重要特征之一，所以在设计无线传感器网络的路由时要尽量延长网络的存在时间。贪婪周边无状态路由协议(GPSR)是适用于无线传感器网络的一种协议(该协议的选路策略如附图1所示，仅仅考虑了与目标节点的距离作为选路策略)，对它的改进方法有很多。很多文献针对路由过程中出现空洞时的算法提出了改进措施，对路由做了优化，节省了能量消耗，延长了无线传感器网络的存在时间。另外有文献针对链路的非对称性提出了改进算法。在应用方面，GPSR被做为数据为中心的地理哈希表(GHT)存储的底层数据路由，其中针对热点存储问题提出了结构化副本(Structured replication)的解决方案。出现热点存储的一个原因是存在事件频繁发生的点，相应的传感器在无线传感器网络中就是热点数据源，这些事件被映射到同一个地理位置上形成热点存储。从数据产生点到数据存储点的路由按照GPSR的方式是选择同一条路由的，实际上就在路由上也形成了热点路由。本发明针对这个问题，提出了能量感知的路由负载均衡的算法，根据能量感知来动态调节选路，使得路由热点问题得到避免。通过这种动态路由负载均衡技术，延长了无线传感器网络的生存时间。

GPSR路由协议的选路是在所有邻居节点中选择离目的节点最近的邻居做为下一跳节点，数据传输途中的每一个节点都按照这个原则选择下一跳，直到到达目的节点。当在路由途中遇到路由空洞时，用边界转发策略来完成选路。

在基于地理哈希表的无线传感器网络数据分发系统中，若存在热点数据源，这个热点数据源和存储点之间的路由将成为路由热点，沿途的节点的能量消耗将会很大。如图1，节点S是数据源，节点H是目的节点，节点A、B、C、D是S的邻居，节点H是节点A、B、C、D的邻居。图中边上的数字代表节点之间的距离，节点旁边的数字代表节点的能量。按照GPSR的选路方式，节点S将选择B做为路由，当节点S成为热点源时，节点B需要承担所有的路由任务，此时节点B就是在路由热点上，从而能量将会很快耗尽。为了解决这个问题就需要把路由负载均衡的分配到其它节点上，从而使得节点均衡的消耗能量，延长整个网络的存在时间。

发明内容

本发明的目的在于，为克服目前无线传感网络直接采用GPSR路由协议协议进行选路，但是GPSR路由协议在进行选路时仅仅考虑了距离问题这对于能量受限的无线传感网络会导致热点数据源和存储点之间的路由成为路由热点，进而导致路由热点沿途的节点的能量消耗很大，影响整个无线传感网络的使用寿命，因而本发明提供一种基于能量感知的GPSR动态路由选择方法。

为实现上述目的，本发明提供一种基于能量感知的GPSR随机路由选择方法，该方法用于无线传感器网络的路由选择，所述方法包含如下步骤：

1)任意一个路由节点确定出该节点的“候选路由邻居集合”，所述候选路由邻居集合为距离目的节点比该节点本身近的所有邻居节点；

2)计算该节点的候选路由邻居集合中的每个邻居节点的相对能量，

3)以相对能量为概率随机选择m个候选路由邻居集合中的某节点i为该节点的下一跳路由节点；

4)节点i再重复以上步骤，选择节点i的下一跳路由节点，直至传送数据从源节点到达目的节点。

上述技术方案中，所述邻居节点的相对能量为某个邻居节点的能量与所有候选路由邻居集合包含的所有节点能量和的比值，具体公式为：