[发明专利]一种低时延的容迟容断传感器网络的组播路由算法

说明书

技术领域

本发明属于移动性较强的大规模网络中的组播路由领域，特别是涉及容迟容断传感器网络（DTSN）中的组播路由，针对基于低时延的组播路由算法进行了设计。

背景技术

面对传统网络结构不能有效的适用于星际互联网问题，Kevin Fall等相关科研工作者提出一种称为“容迟容断网络”（Delay Tolerant Network，DTN）的新术语，之后又将这一概念推广到某些地面无线通信网络，如海底网络、军事战术网络、Ad hoc网络、传感器网络等，将这些受限网络统称为“容迟容断网络”。

容迟容断传感器网络指的是将传感器节点分散在某个区域自由移动或者绑定在某些移动的物体上（如车辆、动物）以收集指定信息，而形成的网络拓扑结构不断变化、通信链路频繁割裂的无线网络。网络的汇聚中心负责将接收到的传感器节点发送的信息转发给骨干网络接入点。容迟容断传感器网络由于应用了传感器技术，可以在许多因技术条件限制、地理环境恶劣的特殊场景实现自主组网，实现数据传输，因此容迟容断传感器网络的应用场景非常广泛，有陆地民用网络，包括各种基础设施薄弱的地域的移动无线设备的互联；军用战场无线网络，包括军事环境中的各种移动无线设备的互联；外太空网络，包括太空中各种人类发射的各种设备间的互联。

本发明涉及容迟容断传感器网络的组播路由算法（协议），其特点如下：

（1）网络拓扑结构随机变化，移动的传感器节点以自组织方式完成组网过程，受能量因素的制约，节点的生存时间有限。

（2）通信链路间呈现歇连接，实时性传输困难，消息的传输以多跳路由的方式完成以达到均衡能量损耗的目的。

（3）应用场景的特殊性，使得带宽具有时变的特性。

（4）由于传感器节点的自身能量的有限性，协议设计过程中必须考虑节点能量损耗问题，防止传感器节点因为能源耗尽原因而造成的节点死亡。

（5）受传感器节点的存储能力和数据处理能力的制约，要求协议的的设计简单有效。

容迟容断传感器网络由于其应用场景比较特殊，设计一个适用于所有场景的组播路由算法是不太现实的，本发明主要是研究容迟容断传感器网络组播路由算法，主要的是为了实现数据传输的实时、可靠，能够满足一些的应用场景下的服务质量需求。

发明内容

本发明为了解决DTSN网络的高间断性连接引起的路由失败以及节点能源消耗进行优化，实现降低传输时延以及均衡能量消耗的目标，提出一种基于分簇的容迟容断传感器网络组播路由算法：MRPBC（Multicast Routing Protocol Based on Cluster of Delay Tolerant Sensor Network),该算法的核心思想是：以簇间节点间、簇内节点间不同传输功率来实现路由的快速发现，从而降低了数据传输延迟；以高效的分簇算法来实现网络的能量均衡，从而延长网络生命周期；同时传感器节点数据融合的技术的引进也能够极大地减小信息冗余量，使得数据传输量大为减少。

本发明提供一种基于分簇的容迟容断传感器网络组播路由算法，该算法是利用分簇的方法将网络分级，将网络划分为若干个簇，根据相应的簇头选举算法选举簇头，簇头节点间与簇内节点间利用不同的数据发送功率进行消息的传输，簇头节点间开启大功率传输模式，簇内节点间开启普通功率传输模式，该算法能降低所述网络的传输延迟以及实现所述网络中节点的能量均衡。设置普通功率和大功率两种模式的目的主要是利用发送功率大小的不同来控制消息传输的覆盖范围，从而有效的降低节点因传输消息而造成的的能量损耗。

本发明的有益效果是：通过将网络进行分簇，实现了簇内与簇间的不同传输模式，所以分组可以快速的在网络中进行传输；由于分簇中考虑到节点缓存、能量等因素，网络中的缓存和能量较小的节点当选为簇头节点的概率大为降低，使得分组因为拥塞、能量等因素造成的延迟大为降低，同时延长了网络的生命周期。通过请求分组的传输构建从组播组节点到源节点的逆向路由，实现分组传输的有效性。

附图说明

图1为本发明中的分簇网络结构图；

图2为本发明组播路由的请求过程的流程图；

图3为本发明中组播路由应答过程的流程图；

图4为本发明中的JOIN_ASK数据包格式示意图；

图5为JOIN_REPLY数据包格式示意图。

具体实施方式：

以下结合说明书附图对本发明的具体实施方式作详细说明：