[发明专利]面向突发事件的无线传感器网络中数据快速路由传输方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种面向突发事件的无线传感器网络中数据快速路由传输方法，属于无线传感器网络技术领域。

背景技术

传感器技术、微机电系统、网络和无线通信等技术的进步，推动了无线传感器网络的产生和发展。大量随机分布的传感器节点，以无线自组织的方式构成网络，通过无线短距离、低功耗、多跳的通信方式，将采集到的数据传输到信息中心。无线传感器网络技术具有组网便捷、灵活，不受有线网络约束的优点，被广泛应用于抢险救灾、环境监测和危险区域远程控制等领域，拥有良好的应用前景。但是无线传感器网络通常运行在人无法接近的恶劣甚至危险的远程环境中，节点靠电池供给能量，而电池能源又无法更换，所以通过有效的设计来节约节点能量、延长网络生命周期成为国内外研究无线传感器网络的关键技术之一。

目前，节能路由算法是目前传感器网络的研究热点，大致分为：泛洪式路由协议、层次式路由协议(分簇)、以数据为中心的路由协议（查询）、基于位置信息的路由协议、基于QoS的路由协议种路由协议。其中泛洪式路由协议健壮性最好，对节点失效的适应性最强，但能量消耗最大，存在内爆、重叠等问题；层次式路由协议能量效率较好，但不适用于监测范围大的应用，而且在平常状态下的动态分簇带来了拓扑变换和大量广播这样的额外开销；以数据为中心的路由协议避免了内爆的缺陷，但协商数据包过多，延时较大；基于位置信息的路由协议对最优路径选择较好，但对于可能有大量节点失效的工业环境中可能导致数据包无法投递；基于QoS的路由协议种路由协议保证了数据的可达性，容错性较好，但建立和维护路由过程复杂，开销过大。以上几种路由协议都有各自的优缺点，但对于气体泄漏监测应用来说，并未考虑到以下两个问题：

1、并未考虑气体泄露的低概率性，正常情况下数据传输量几乎为零，大多数情况下采用周期性的休眠唤醒还是要消耗大量能源。尽管目前已经有一些根据数据负载动态调整的可变占空比MAC协议，但还是有一定的延迟，无法满足于毒气泄露等突发状况的响应时间的要求；

2、在复杂工业环境中气体泄露很可能伴随着爆炸，以上几种路由算法均未考虑到紧急情况下节点突然失效的问题。一旦发生毒气泄漏，工业环境下有可能出现爆炸等极端情况，传感器节点随时面临失效的威胁，形成网络“空洞”。虽然很多算法如两相地理信息前向路由算法（TPGF）能够在一定程度上绕开空洞，但还是有容易陷入局部极小值的缺陷。如果失效节点过多，每个源节点都要重复搜索路径，造成能量浪费。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，设计一种在适用于复杂工业环境中，兼顾时延、能耗和鲁棒性的面向突发事件的工业无线传感器网络中数据快速路由传输方法。针对在平时只有少量数据传输的传感器网络中，研究如何更好的对突发事件进行监控，在考虑能量效率的前提下，保证数据包尽快的传递到目的地。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

面向突发事件的无线传感器网络中数据快速路由传输方法，包括以下步骤：

1）建立全网跳数路由表；

2）如果无线传感器网络处于非紧急情况下，则转入步骤3）；如果无线传感器网络处于紧急情况下，则转入步骤4）；

3）若需要查询每个节点的数据信息，可由Sink节点发起查询，选取相互远离的一组节点，按照所述步骤1）建立的全网跳数路由表中的地址发送数据，若下一跳地址列表中有多条ID，则随机选择路径；

4）采用TDMA的方式按照所述步骤1）建立的全网跳数路由表发送数据。

前述的步骤1），建立全网跳数路由表包括以下步骤：

1-1）Sink节点以泛洪方式向传感器网络发送setup任务，所述setup任务的数据帧包含Sink节点ID、距离Sink节点的最小跳数值H、任务类型，其中网络建立前距离Sink节点的最小跳数值H默认初始值为0；

1-2）邻居节点收到来自Sink节点的setup任务，将setup任务的数据帧中的H与自身存储的跳数值h值比较，若h-H>0，则转入步骤1-3）；若h-H<0，则转入步骤1-4）；若h-H=0，则转入步骤1-5），其中，邻居节点自身存储的跳数值h初始值为程序定义的最大值；