[发明专利]一种基于信息高速通道的无线传感网跨层路由方法

权利要求书

1.一种基于信息高速通道的无线传感网跨层路由方法，其特征在于：

工作过程是由不断交替的两个阶段组成的，这两个阶段分别为通道搭建期和数据传输期；通道搭建期和数据传输期交错进行；通道搭建期完成高速信息通道的搭建，并且通道搭建期的时长要远远小于数据传输期的时长；在数据传输期内所有节点之间进行正常的业务数据传输；

所述通道搭建期整体分为三个阶段，首先Sink节点完成网络整体拓扑的探测，获取节点分布情况以及能量、性能等参数；然后通过计算选取出适合的节点形成稳定的高速信息通道，并且告知这些节点被选取为高速通道节点；最后由各个高速通道节点依次向周边邻居节点广播自己的身份，网络中普通节点根据这些广播信息计算出一个进入信息通道的最佳入口节点。

2.如权利要求1所述的一种基于信息高速通道的无线传感网跨层路由方法，其特征在于：

所述通道搭建期采用一种基于邻居发现与距离值、能量参数计算的信息高速通道搭建方法，具体步骤如下：

(1)、整体探测期

首先Sink节点会广播一个网络探测报文，其中有一个距离字段，Sink节点生成报文时初始值为0，每经过一跳距离值增加1；所有节点首次收到探测报文后就记录下其中的距离值并将此报文继续转发出去；如若重复收到探测报文，则将信收到报文中的距离值与之前记录的距离值相比：若新报文中值更小，则删除之前记录的距离值和并记录下新报文中的距离值，然后将此报文继续转发出去；若相同或比记录值大或者此探测报文的TTL值为0则丢弃；

至此完成对所有节点的距离分组，为了让高速通道能尽量向远处延伸，每一个距离分组中的所有节点只有一个能入选同一条高速通道；

经过一段时间后，所有节点都能获取到自己距Sink节点最小的距离值；此时每个节点会进行邻居发现，并与发现的所有邻居节点交换距离值信息，把所有邻居节点的个数与每个邻居节点的距离值都记录下来；

到此整体探测期完成；

(2)、通道形成期

邻居节点探测完成之后，所有节点会将自身的能量值E、距离值D、所有邻居节点的距离之和S发送至Sink节点；其中

Si=Σj=1kMj]]>

S_i表示第i号节点的所有邻居节点距离值之和，M_j该i号节点的第j个邻居节点的距离值，k表示该i号节点拥有邻居节点数目；

Sink节点收到之后，会根据能量值E、距离值D以及邻居节点距离之和S计算出每个节点的权重值P

Pi=EiDi×α+Si×β]]>

P_i表示第i号节点的权重值，E_i表示第i号节点的能量值，D_i表示第i号节点的距离值，S_i表示第i号节点的所有邻居节点距离值之和；α和β是控制系数，由网络规模大小控制，网络规模越大，α值越小；网络中节点总数为n

α=1n]]>

α+β＝1

所有节点的P_i值都会在各节点信息传送至Sink节点时计算出来并与节点信息一起保存在拓扑表中；此时所有节点构成一个带有权值的无向图，所述高速通道搭建方法中：1、所有的高速通道中相同距离值的节点有且只有一个；2、选取出来的高速通道节点要组成一条可以连通Sink节点的链路；3、优先选取通道权值L小的通道；4、通道节点个数m为全网所有节点中最大距离值D_max-1；

L=Σi=1mPi]]>

其中L为此高速通道的优先权值，m为通道节点个数，P为此通道中节点的优先权值；根据每条符合条件的路径计算出其权重值L，选取L值大的路径即为高速信息通道的最佳线路；

(3)、通告期

高速通道选取完成之后，Sink节点会向这些通道节点发送通道节点任命信息；距离值为1的即为1号通道节点，距离值为2的即为2号通道节点，以此类推；首先Sink节点会将任命信息发送给1号通道节点，1号节点收到后立刻发出广播通告信息给周围邻居节点告知自己成为1号通道节点，邻居节点收到后也继续转发；所有节点仅接收并转发一次同一通道节点的通告信息，重复收到或者TTL值为0就丢弃；1号通道节点通告完成后所有节点都可以知道去往此通道节点的合适路径；然后1号通告节点将任命信息发送至下一个2号通道节点，2号通道节点进行通告；后面所有通道节点进行相同操作，直到所有通道节点都完成通告；

此时所有普通节点都知晓通往每个通道节点的距离与合适路径，普通节点会选择距离自己最近的通道节点进行信息发送，再由通道节点将信息快速发送至Sink节点；

当最后一个通道节点完成通告时，发送一个通道完成报文至Sink节点，所有通道节点收到会立刻转发给下一通道节点并向邻居节点广播此报文，告知所有节点通道完成可以开始正常工作；

至此通告期完成，高速通道搭建完毕；通道搭建期结束，网络进入数据传输期。

3.如权利要求2所述的一种基于信息高速通道的无线传感网跨层路由方法，其特征在于：

数据传输期进行正常的网络交互，所有节点MAC层均按照802.11中的RTS/CTS信道预约机制；

普通节点采取阶段性睡眠模式进行工作以节省能量，在固定周期内进行睡眠-工作模式交替；

通道节点采取激发工作模式；待激发状态中，节点每隔很短时间就监听一次信道，约为10个请求报文发送时长，监听时间非常非常短，大约为2个请求报文RTS发送的时长；如果有信息则进入工作模式直到信息传输完成；完成一次传输之后继续监听一次信道，时间也为2个请求报文发送的时长，如果没有消息就继续进入待激发状态，有消息需要发送则继续发送。