[发明专利]基于无线传感网路径转发质量的路由选择方法

说明书

技术领域

本发明属于无线自组织网络与传感器网络领域，涉及基于无线传感网节点质量和转发质量的无线网络路由方法。

背景技术

近几年无线网络通讯的发展，出现了许多基于无线传感网的应用系统。这些应用系统利用自组织成网络的小体积，低能耗，短通信半径的无线传感网节点，在特殊环境如野外、森林、海岛上进行工作，感知并采集外界环境和监测对象的信息，并将信息以无线的多跳方式传回基站。因此，无线多跳传输作为无线传感网的应用基础，在无线传感网实际应用中显得尤为重要。

在一个多跳的网络中传输，通常采用的方法是先建立一个路由方案，然后在这个路由方案的指导下每一个节点选择对应的下一个节点并将信息传递给该节点，直至到达目的地节点。无线传感网中最早出现的路由技术是基于位置信息的[Karp，B.，and Kung.H.T.(2000).GPSR：Greedy Perimeter Stateless Routing for Wireless Networks，Proc.6th Annual International Conference on Mobile Computing and Networking(MobiCom 2000)，243-254]。在这个路由技术中，假设每一个节点都知道自己的位置信息和目的地节点的位置信息，路由策略如下：

1.每个节点寻找一个距离目的地节点比自己更近的节点作为下一跳节点，若有这样的节点，则重复1直到目的地；如果没有这样的节点，则

2.该节点所有邻居节点距离目的地都比该节点距离远的时候，该节点就会采取右手定则的原则，选择一个顺时针方向的遇到节点中的第一个节点作为下一跳，然后转到1。这样的路由要求每个节点必须有自己和周围邻居节点精确的位置信息。现有的基于全球定位系统(GPS)的节点不适合于很多实际应用，比如没有GPS信号的室内和地下环境。传感网中也有很多定位算法(localization algorithm)可以获得节点的位置，但是在实际网络中，很有可能有一部分节点是无法通过任何定位算法获得准确位置信息。

由于基于位置的方法路由很多情况下并不适用，而且这样的路由方法并没有考虑的链路质量，所以这样的方法在利用无线传感网传送信息如图像的时候，考虑到无线传感网中链路的不稳定特性，无法在最快的时间传送完所有的信息，从而导致了信息的延迟和发送时间变长带来的更多能量消耗。另外一类的路由方法是基于链路质量的，比如基于链路信号强度(Radio Signal Strength Indicator，RSSI)路由策略。目前无线传感网中使用最多的路由方案为收集树路由协议Collection Tree Protocol，CTP)[Omprakash Gnawali，Rodrigo Fonseca，Kyle Jamieson，David Moss，and Philip Levis.Collection Tree Protocol.In Proceedings of the 7th ACM Conference on Embedded Networked Sensor Systems(SenSys)，2009.]。该协议由美国斯坦福大学提出，基于链路的最小期望传输次数(Expected Transmission Count，ETX)。链路最小期望传输次数为该链路上要成功的传输成功一个包所需要的期望总传输次数，比如链路的发包成功率为q(即每个包有概率q传送成功，0≤q≤1)，则该链路的最小期望传输次数则为1/q。收集树路由协议在进行路由的时候就选择所有路径中的最小期望传输次数最小的路径。

收集树路由协议尽管作为现在使用得最多的协议，它仍然存在着各种问题，尤其在实际应用中存在着与实际系统相关问题：

首先，收集树路由协议并没有考虑到节点本身的内部的丢包，而只考虑到了路径上所有链路的质量，并不符合实际系统的应用情况。如图1所示，图中显示为在一个实际的无线传感网系统中节点内部的丢包(并非链路丢包)，由图1可以看出节点本身也有着非常大的丢包，从而对路径质量产生影响。

其次，收集树路由协议并没有考虑到路径上链路和节点在路径上的排列顺序对路径的影响，等下我们将会介绍链路顺序对路径质量也有着非常大的影响。图2中显示了两条不同的路径，在这两条路径中，路径1和路径2有着相同的最小期望传输次数，但是这两条路径在路径的稳定性方面是截然不同的。路径2显然要比路径1好，而在收集树路由协议中，是无法区分这两种情况的。