[发明专利]一种改进的无线传感器网络能量多路径路由方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线网络通信技术领域，特别涉及一种改进的无线传感器网络能量多路径路由方法。

背景技术

无线传感器网络是由分布在指定区域内的大量传感器节点以自组织和多跳的方式构成的无线网络，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，并发送给观察者。无线传感器网络区别于传统无线网络主要有以下特点：通信能力有限、电源能量有限、大规模网络、自组织网络和动态性网络。基于上述特点，无线传感器网络在环境监测、医疗护理、军事领域和抢险救灾中都有广泛的应用。在无线传感器网络中，能量受限一直是一个问题，诸多因素影响了网络的生命周期。例如，传感器网络中节点电池的寿命，网络能耗均衡问题，传感器节点处于接收、传输、侦听和空闲状态的时长等。研究无线传感器网络能耗均衡和功率控制对延长传感器网络生命周期有着重要的意义。

路由协议作为传感器网络最重要的一个部分，负责将数据分组从源节点传送到汇聚节点，在降低网络能耗和保证数据准确传输方面起着重要的作用。在无线传感器网络中，节点能量有限且一般没有能量补充，因此路由协议需要高效利用能量，同时传感器网络节点数目往往很大，节点只能获取局部拓扑结构信息，路由协议要能在局部网络信息的基础上选择合适的路径。传统网络的路由机制往往选择源节点到目的节点之间跳数最少的路径传输数据，但在无线传感器网络中，如果频繁使用同一条路径传输数据，就会造成该路径上的节点因能量消耗过快而过早失效，从而使整个网络分割成互不相连的孤立部分，减少了整个网络的生存期。为此，Rahul C.Shah等人提出了一种能量多路径路由机制。该机制在源节点和汇聚节点之间建立多条路径，根据路径上节点的通信能量消耗以及节点的剩余能量情况，给每条路径赋予一定的选择概率，使得数据传输均衡消耗整个网络的能量，延长网络生命周期。但是该机制没有考虑到路由跳数限制，一般来说无线传感器网络节点能耗是不均匀的，在进行一段时间后边缘节点的剩余能量往往会高一些，这时可能会出现一条跳数很多的路径，而且这条路径的能耗也比较多，但能量多路径路由机制会因为剩余能量的原因选择这条路径，从而增加了通信能耗和网络数据延时。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种改进的无线传感器网络能量多路径路由方法，该方法可以减少网络能耗，延长网络生命周期。

为了解决上述技术问题提出的技术方案是：一种改进的无线传感器网络能量多路径路由方法，包括如下步骤：汇聚节点在查询消息中添加平均跳数用以记录当前节点到汇聚节点的平均跳数，网络中的所有节点均需要根据上一跳节点，即中间节点的平均跳数判断是否将其作为邻居节点加入本地路由表，舍弃跳数过大的路径；

节点在建立本地路由表后，需要根据路由表中邻居节点的平均跳数计算节点本身的平均跳数，并将其添加到查询消息中，继续转发；在转发过程中，节点只向那些相比于自己距离源节点更近且距离汇聚节点更远的邻居节点转发查询消息；如果没有满足条件的邻居节点，则丢弃该消息；

随着无线传感器网络的运行，各个节点的能量发生着变化，β值也将随之变化，这样才能适应变化的网络，选择最优路径；β值与网络整体剩余能量有关，当网络整体剩余能量较多时，说明节点均处于良好的通信状态，这时可以选择跳数较小的路径来降低传输延时；当网络整体剩余能量下降时，β值也会调整，适当增大，以保证有足够的节点以供选择传输路径，使得网络处于一个相对较优的通信状态。

优选的：汇聚节点所发出的查询消息中添加平均跳数域，用以记录当前节点到汇聚节点的平均跳数，平均跳数域初始值为0表示从汇聚节点开始。

优选的：网络中的所有节点均需要根据上一跳节点，即中间节点的平均跳数判断是否将其作为邻居节点加入本地路由表，舍弃跳数过大的路径，节点根据查询消息中提供的上一跳节点，即中间节点的平均跳数，选择出其中的最小值minU_i,k最为判断基准，β是大于1的调节系数，其大小直接决定跳数约束条件的严苛程度，即β越大，跳数约束条件越宽松，有更多的节点可以加入到路由表中，节点j将节点i加入本地路由表FT_j中的跳数约束条件为：

FT_j＝{i|U_i,j≤β*(minU_i,k)},k∈FT_j

其中U_i,j表示节点i的平均跳数，minU_i,k是节点j的邻居节点中的最小平均跳数。