[发明专利]无线传感网络基于节点负载均衡的分布式路由方法

说明书

技术领域

本发明属于网络优化技术领域，具体涉及一种基于全新综合路由尺度(Route Scale，RS)的无线传感器网络(Wireless Sensor Networks，WSN)分布式路由方法。 

背景技术

无线传感器网络(Wireless Sensor Networks，WSN)是一种无基础设施的网络，它由一组传感器节点以无线自组织方式构成，其目的是协作感知、采集和处理网络覆盖地理区域中感知对象的信息，并对这些数据进行处理，最终将这些信息传送到需要的用户，而这就要求WSN具备长期可靠的数据汇聚功能。 

数据汇聚技术是将多份数据或信息进行处理，组合出更有效、更符合用户需求的数据的过程。数据汇聚是数据传输的路由问题，是WSN的核心技术之一。在文献[Shio Kumar Singh，M P Singh，and D K Singh，“Routing Protocols in Wireless Sensor Networks-A Survey”，IJCSES Vol.1，No.2，November 2010；]中总结了当前WSN中的常见路由协议，大多以Ad hoc路由协议为基础，针对不同的应用场景定制而成，缺乏一般场景适应性。由于WSN与传统的无线网络不同，网络中的数据流要远远大于控制流，其节点的计算能力、无线带宽和电池容量有限，周围复杂环境条件的变化、网络节点的失效和新节点的加入导致WSN网络拓扑结构不断变化。 

大多数路由协议很难适应快速变化的网络拓扑结构，造成位于核心位置的局部节点负载过重和能量过度消耗，大大缩减了WSN的工作寿命。由于瓶颈节点限制了整体吞吐量，数据丢包现象严重。在面向数据汇聚的应用中，网络工作寿命和传输可靠性是首要追求目标。本发明因此而来。 

发明内容

本发明提出了一种适合一般数据汇聚场景的分布式路由算法，在保证WSN数据传输可靠性的同时，提高网络负载整体的均衡度，有效提高网络整体吞吐量和延长了WSN的工作寿命，简单高效。 

为了解决现有技术中的这些问题，本发明提供的技术方案如下： 

一种无线传感网络基于节点负载均衡的分布式路由方法，其特征在于所述方法包括以下步骤： 

(1)所有节点按周期T₁发送路由广播报文，将节点自身的路由信息发送给邻居节点； 

(2)节点根据接收到的路由广播报文，更新自身的邻居节点列表； 

(3)节点根据邻居节点列表内容，对候选父节点列表中各父节点进行信道质量(Channel Quality，CQ)监控和节点性能(Node Capability，NC)评估； 

(4)每隔周期T₂，节点根据邻居节点列表计算网络不均衡度(Network UnBalanced，NUB)，根据信道质量CQ值和节点性能NC值计算链路可靠性(Link Reliability，LR)；并且基于父节点的不均衡度NUB和链路可靠性LR计算其对应的综合路由尺度(Route Scale，RS)，其中T₂＜T₁； 

(5)节点需要发送数据时，根据候选父节点列表中各父节点的综合路由尺度动态选择最佳路由；当父节点频繁切换时，重复步骤(1)至步骤(5)实现网络路由信息的周期性更新。 

优选的，所述方法步骤(1)中使用的路由信息报文格为<节点号ID，路由更新次数C，节点到Sink节点的跳数HOP，网络不均衡度NUB>。 

优选的，所述方法步骤(1)中无线传感网络初始化时，所有节点C＝0、NUB＝1，Sink节点的HOP＝0，其余节点HOP值为无穷大。 

优选的，所述方法步骤(2)中更新自身的邻居节点列表步骤是根据报文中HOP和本地路由表HOP值的大小比较结果来进行的；如果广播报文中HOP小于当前节点HOP值，则将该节点存放入候选父节点列表，否则放入子节点列表。 

优选的，所述方法步骤(2)中节点的负载不均衡度NUB等于以其为根的子树所包含的节点数之和，其中叶子节点的NUB为1，内部节点的NUB为其所有直接孩子NUB值的和+1，整个网络的负载不均衡度NUB为网络中所有节点的NUB值之和。 

优选的，所述方法步骤(3)中候选父节点列表中每一个候选父节点按 式(I)计算它的CQ值：