[发明专利]单天线多信道认知无线传感器网络路由控制方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种用于认知无线传感器网络数据通信的路由协议，属信息技术领域，具体地，涉及一种单天线多信道认知无线传感器网络路由控制方法。

背景技术：

无线传感器网络(Wireless Sensor Networks，WSN)和大量其他无线电设备或系统“不受约束”地共享未授权频段，在使用频率资源时依一定概率互相冲突，导致数据传输失败。为解决这个问题，能捕捉和利用机会性频率资源的认知无线传感器网络(Cognitive Radio Sensor Networks，CRSN)受到关注和研究，而设计适用的路由算法是其中重要的组成部分。

关于认知无线电网络，目前已有多种路由协议，典型的有文献“Efficient Routing Algorithms for Multi-Channel Dynamic Spectrum Access Networks”，2ndIEEE International Symposium on New Frontiers in Dynamic Spectrum Access Networks，2007，PP.288-291提出的一种基于单天线，多信道，多跳DSA(Dynamic Spectrum Access)网络的路由算法；文献“Joint on-demand routing and spectrum assignment in Cognitive Radio Networks”，2007IEEE International Conference on Communications，Vols 1-14，PP.6499-6503提出的一种将频谱配置和按需路由结合起来的方案；文献“Stability-driven routing and spectrum selection protocol in cognitive radio networks”Proceedings of the 2009IEEE International Conference on Communications Technology and Applications，2009，PP.269-73提出的一种将路由选择和频谱选择相结合的策略。这些协议本身面向CR设计，较少结合WSN的特点，因此直接应用于WSN存在着不足。

由于结构及硬件的多样性，工作环境的复杂性，应用需求的千差万别，目前WSN尚没有“全能，普适”的路由协议，现有路由协议中比较有代表性的是定向扩散模型DD(文献Directed Diffusion：A Scalable and Robust Communication Paradigm for Sensor Networks[A].Proceedings of the 6th Annual ACM/IEEE International Conference on MobiCom’00[C]，2000：56～67)，这是一种按需查询的平面路由协议；SAR协议(文献Protocols for Self-organization of a Wireless Sensor Network[J].IEEE Personal Communications，2000，7(5)：16～27)，这是第一个考虑支持QoS的平面路由协议，节点需要维护多个树结构。其他还有分层路由、地理定位辅助路由等协议。这些协议一般只关注网络内部通信质量(如数据碰撞等)，通常不考虑多种设备共存环境下外部因素对路由选择的影响；其次，以单跳方式生成路由，而未考虑源节点到目的节点整条传输路径的优化；对按需路由生成方式，每个节点在收到数据后，需要重新寻路，这在一定程度上增加了系统的传输时延；再者，通常以降低节点能耗为主要目标，对于节点能量受限的WSN这是十分重要的。但节点低能耗不是WSN的唯一性能指标，对于一些实时性要求高的应用领域(如网络控制系统，多媒体WSN等)，降低传输时延无疑是不能忽视的问题。因此需要折中处理低功耗和低时延这一对矛盾，达成多指标综合优化。

发明内容：

本发明提出了一种适用于单一汇聚节点的单天线多信道(含与其他用户平等共享的机会性信道)认知无线传感器网络的路由协议。该路由方案是一种“全路径跨层优化、分布式多选路由、分级使用机会性信道、信道握手保持”的主动式平面路由；通过引入信道优先级和路由特征数概念以及多信道半握手机制，MAC层和网络层跨层优化，设计了多指标平衡优化的路由生成，选择，维护方案和数据传输方案；在利用机会性频率资源和限制节点能耗的条件下支持QoS(降低传输时延和丢包率)。