[发明专利]无线传感器网络随机休眠调度路由方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线网络通信技术，特别是一种无线传感器网络的节点休眠路由方法。

背景技术

近年来，无线传感器网络领域的相关技术得到了学术界和工业界的广泛关注，并取得了迅猛的发展。

在这一领域的诸多研究方向中，尽可能的延长无线传感器网络的工作寿命成为无线传感器网络设计中的关键问题之一。由于受到成本和体积等因素的限制，无线传感器网络节点的处理能力、无线带宽和电池容量都十分有限。同时，节点的能量在大多数的情况下是无法得到补充的。为了提高无线传感器网络的寿命，网络中节点的能量节约与均衡问题已成为研究的重点问题。

无线传感器网络以监测区域和感知数据为目的，这类网络由大量的传感器节点和少量汇聚（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，同时也是网络的控制节点，对网络中的传感器节点进行管理。通常，大量的传感器节点会被随机布撒在监测区域的内部和周围，为了避免因个别节点失效而导致网络无法正常工作，网络中会存在一些冗余节点，以保证网络的健壮性。同时，冗余节点的存在，也让节点轮替的工作方式变得可行。

这里，所述的节点的轮替工作是指网络节点间周期性轮替地休眠和工作，以降低、均衡整个网络的能耗。网络中必须存在一种合理的休眠调度机制使节点间的轮替能够在不影响网络正常运行的前提下更加高效地利用能量。如何合理地确定在某次数据传输任务中应休眠的节点与应工作的节点，是设计高效的节点休眠调度机制的关键问题。

发明内容

本发明的目的是针对无线传感器网络，提出的一种以均衡和降低能耗为目的的随机休眠调度路由方法。

为解决上述发明目的，本发明所采用的技术方案是：各个节点维护一个伪随机数序列，该数列是以各节点随机产生的种子由同一个伪随机数生成算法生成的。继而，节点以该随机数序列确定出自己在该次网络运行周期里的随机休眠时序安排。通过在网络初始化时广播自己的种子，节点与其一跳邻居可以通过计算获知彼此的伪随机数列，从而得知彼此的休眠与苏醒时间。当节点需要发送数据时，通过计算自己邻居的苏醒时间，将数据包发送给第一个醒来的节点。

本发明的有益效果是通过这种机制，可以达到降低和均衡全网能耗的目的。

附图说明

图1 是时隙长度示意图。

图2 是随机休眠时序生成实例图。

具体实施方式

下面结合附图及实施实例对本发明作进一步的说明。

本发明是一种以均衡和降低能耗为目的的无线传感器网络随机休眠调度路由方法。以下将详细介绍本发明的主要组成部分：

伪随机数序列的产生与维护：以数学方法所产生随机数序列，是根据确定的算法，由所赋予的种子计算出来的。因而其生成的数列实际上并不满足完全的随机性。然而，设计较好的随机数算法所生成的数列是可以通过一定程度的随机性检验的。这种数列被称之为伪随机数序列。在种子相同的前提下，同一随机数生成算法可以重复性的生成相同的伪随机数序列。

在本发明中，为减少计算开销，伪随机数生成算法的设计遵循以下原则：

（1）所生成的伪随机数序列中，可有任意个随机数，但所有随机数的和与它们的个数之和须为一固定值。

（2）所生成的伪随机数序列中，所有随机数均在一个范围内取值，且须为整数。

对于这两个原则的具体讨论将放在本文之后部分。

这样，在伪随机数生成算法确定之后。各节点在每一轮网络运行初始化时，产生一个随机数种子，并以生成算法生成一个自己使用的伪随机数序列。之后，节点将自己的种子在一跳范围内广播。在每个节点获知其一跳邻居节点的种子之后，可以根据种子和共同的生成算法计算出其邻居所使用的伪随机数序列。从而可以获知其邻居节点的休眠时序安排。

节点的随机休眠时序的产生：节点的随机休眠时序，即：节点在各个网络运行周期内的休眠次数，每次休眠的起止时间等休眠时序安排。由于这一时序的产生是由节点自身所生成的伪随机数序列决定的故称随机休眠时序。具体内容如下：

（1）全网的时间同步是实现该部分的前提条件。可以通过在网络中采用RBS (Reference Broadcast Synchronization)、TINY/MINI-SYNC和TPSN(Timing-sync Protocol for Sensor Networks)等同步机制实现节点间的时间同步。