[发明专利]采用树形拓扑关系避免路由环路的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无线传感器网络的路由方法。更具体地，本发明涉及一种采用树形拓扑关系避免路由环路的无线传感器网络路由方法。

背景技术

无线传感器网络(Wireless Sensor Networks，WSNs)技术是现代通信技术和计算机网络技术的重要组成部分，它是由分布在观测区域内的大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织网络。各传感器节点之间协同合作地感知物理世界的对象信息(如：温度、湿度、加速度、光强等)，并最终将数据信息汇聚、融合至服务器和观察者。

近年来，随着物联网的兴起和发展，无线传感器网络技术受到了更多的关注，其逐渐成为实现物理世界和信息世界相互融合的重要保障。与此同时，伴随无线传感器网络技术发展而产生的应用扩展也有着越来越广阔的空间和美好的前景。目前无线传感器网络技术已广泛应用于智能交通、智能电网、智能家居、工业控制、环境监测、医疗保健、军事等领域。

图1表示的是无线传感器网络的基本结构。无线传感器网络一般包括：传感节点(sensor节点)如W、X、Y、Z和汇聚节点(sink节点)，无线传感器网络通过sink节点接入服务器从而与各种网络交互。各传感节点(以下如无特指，统称为节点)之间协作地感知信息，通过多跳将信息汇聚至sink节点，再连接至服务器，经各种无线或有限网络供用户查询、配置和管理。

无线传感器网络一般拥有数量众多的节点设备，在许多情况下，每一个节点都需要配置全球唯一的IP地址，因此IPv6技术在无线传感器网络中有着重要的应用价值。但另一方面，无线传感器网络由于资源受限等原因，对于IPv6协议栈占用的资源(如128比特IPv6地址)不能很好的适应和满足，这尤其体现在路由协议的设计和实现上。

AODV(Ad hoc On-Demand Distance Vector Routing)路由协议是无线传感器网络中经典的按需路由协议之一，但是考虑到资源受限等因素，因此需要重新对AODV路由协议进行改进和优化。MSRP(Micro Sensor Router Protocol)协议按照上述思想对AODV协议进行了优化，分别精简了路由交互报文格式，使用64位(8字节)IPv6地址接口标识符即IPv6地址的后64位代替IPv6中的128位(16字节)地址，可以有效减少地址字段的长度，使得路由解析过程变得更加简单、有效，符合无线传感器网络能量、存储资源受限的要求，其中，1位就是1比特(bit)，8位就是1字节。此外，IEEE802.15.4协议规定两种地址格式，64位地址和16位地址。其中，采用64位地址能够保证地址的唯一性，能够实现节点地址的自动配置，而采用16位地址则需要网关分配，并且需要考虑地址重复检测、地址回收等问题，实现起来复杂，所以采用64位IPv6地址接口标识符符合IEEE 802.15.4标准对于地址字段的要求。以下分别为路由请求(RREQ)报文、路由回复(RREP)报文、路由错误(RERR)报文的格式：

RREQ报文格式

其中的类型为000，表示RREQ报文类型，跳数为RREQ报文携带的从源节点到当前节点的跳数；路由请求ID为RREQ消息的唯一标识；源地址为源节点的地址即发出RREQ报文的节点或者该节点的某个RFD(Reduced Function Device)节点的IEEE802.15.4定义的64比特(8字节)接口标识符；目的地址为目的节点的地址即接收RREQ请求路由节点的64比特(8字节)接口标识符；最小LQI：报文携带从RREQ源节点到当前节点的链路质量度量值的最小值。LQI(Link Quality Indicator)是符合IEEE802.15.4标准的一项对于无线传感器网络链路质量进行度量的参数。采用此字段可以在路由建立的过程中作为选路的依据，以此建立的路由能够保证较高的链路质量。RFD节点可以理解为没有路由功能，只能与其他节点通信的采集节点。

RREP报文格式

其中的类型为001，表示RREP报文类型；跳数为RREP报文携带的从源节点到当前节点的跳数；源地址为发起RREP的节点或该节点的某个RFD节点的IEEE802.15.4定义的64比特接口标识符；目的地址为接收RREP的节点即对应于RREQ发起节点的IEEE802.15.4定义的64比特接口标识符；最小LQI：报文携带从RREP源节点到当前节点的链路质量度量值的最小值。

RERR报文格式