[发明专利]多跳自组织可休眠路由算法

说明书

技术领域

本发明涉及无线传感器网络的路由算法，尤其是低能耗的多跳自组织可休眠路由算法。

背景技术

传统的无线传感器网络的路由算法中，通常将节点的类型分为三类，第一类为Sink节点，即协调器节点，Sink节点的作用是负责整个网络的建立、传感数据的汇聚，路由计算和控制；第二类为路由节点，路由节点既能采集数据又能起到路由的作用，需要长时间的工作来以保持网络畅通，这类节点在传感器网络中是不可以休眠的；第三类为终端节点，这类节点的功能只有数据采集和数据上传的功能，不具备路由功能，该类节点可以休眠。显然，在经典无线传感器网络路由算法下，路由节点和协调器节点都需要长时间的保持工作状态，不可休眠。对于煤矿来说，井下环境复杂，而需要部署传感器节点的很多区域无法长期供电，例如煤矿采空区中部署传感器网络节点，由于采空区的塌落，只能采用电池进行一次性供电。在采空区监测传感器网络中，为了保证在一定能量供应下，延长网络的工作时间，传感器节点需要休眠。显然，传统的无线传感器网络的路由算法无法满足煤矿实际需求。

发明内容

本发明的目的在于：提出一种适用于煤矿井下采空区等区域使用的多跳自组织可休眠路由算法，该算法将路由节点和终端节点的特性结合在一起，既保证其数据传输和转发功能的可靠性，又能使节点在不启用的时候能够休眠，减小能量的开销，解决传统无线传感器网络路由节点功耗过高、无法休眠问题，满足长周期低通信量的数据传输要求。

为达到上述发明目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种多跳自组织可休眠路由算法，其特征是该路由算法的整个通信过程由以下阶段组成：（1）协调器节点向路由节点发起组网命令阶段；（2）路由节点组网阶段；（3）数据上行和下行传输阶段；（3）网络休眠阶段。

进一步的，所述路由节点组网阶段包括以下的具体步骤：

步骤1-1：每一个通信周期开始时，由网络中的协调器节点广播一条“组网消息”，消息内容包含自身的地址信息，自身的能量强度值和信号强度值；

步骤1-2：网络中路由节点在一个通信周期内第一次接收到“组网消息”时，立即启动一个本地组网定时器，该组网定时器用于限制组网阶段的最大时间；当该节点第一次接收到“组网消息”时，则开启该定时器，并倒数计时，当倒数计时完成之后，则宣告本路由节点的组网过程结束；

步骤1-3：在步骤1-2组网定时器倒数计时结束之前，该路由节点在接收到“组网消息”后，将所述“组网信息”中能量强度值和信号强度值进行加权平均得到路由选择值，此值和自身路由表中的每条能量和信号强度加权值进行比较：

若该节点路由表中的路由信息条数小于三条，则在路由表中登记目的地址、能量和信号强度信息；登记路由表时，将目的节点的地址信息、能量和信号强度的加权值按升序排列并存储；若路由表中的路由信息条数大于等于三条且新入路由信息的加权值大于路由表中最小一项的加权值，则需要更新路由表；更新路由表时，原有路由表中能量和信号强度加权值最小的一条路由信息将被删除，新入路由信息和保留的路由信息，按照加权值的大小升序排列的方式，更新路由表；

若路由表中的路由信息条数大于等于三条且新加入信息的加权值小于路由表中最小一项的加权值，则无需更新路由表中的信息；

步骤1-4：在步骤1-3完成之后，该路由节点发送本节点的唯一一次“组网消息”，以触发后续路由节点的组网过程；重复步骤1-3继续等待其它节点发来的“组网消息”，更新节点的路由表；

步骤1-5：在步骤1-2中，若组网定时器定时结束，则关闭该路由节点的组网功能，该节点不再接受和处理“组网消息”，该节点的路由表不再更新。

进一步的，路由节点在数据传输阶段包括以下几个步骤：

步骤2-1：在步骤1-5完成之后，组网定时器清零，该路由节点按照IEEE802.15.4的规范生成“数据帧”，根据所生成的节点上行路由表，选取路由表中加权值最大的上行节点作为上行路由节点地址，自动向上行传送一次节点自身数据即“数据帧”；在发送“数据帧”之后，节点需要等待上行节点回复“确认接收消息”；

步骤2-2：在步骤2-1中，若发送数据的节点没有收到上行节点的“确认接收消息”，则节点需要向该上行节点重发数据，若仍无收到“确认接收信息”则再次重发“数据帧”，直到重复发送的次数等于K次，其中，K不大于五次，则判定数据发送不成功；若发送数据的节点收到上行节点“确认接收信息”，则本次数据发送结束；