[发明专利]一种无线传感网多径路由协议的实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于相交多径网络编码模型的无线传感网多径路由协议的实现方法，属于通信技术领域。

背景技术

由于无线传感器网络节点数目较多且无线链路具有不稳定性，传统的单径传输很难满足网络传输的要求。但多径路由协议可在一次路由发现过程中找到多条路径，使数据包在多条路径上并行传输，从而减少路由发现次数，同时利用多条链路的冗余特性能提高传输的可靠性和降低控制开销与端到端延迟。

网络编码是由Ahlswede、Cai等于2000年提出，是近年来通信研究领域中的一项重要突破。它改变了传统数据包接收发送的处理方式，在中继节点处可以对接收的数据包进行编码，并按照一定的算法进行重新组合后再发出去。网络编码运用于无线传感网可以增加网络的吞吐量及可靠性，同时还可以降低能耗，改善网络负载均衡，提高网络的安全性。

按照多径路径上节点是否有重合，可将多径路由分为两类：不相交多径路由和相交多径路由。不相交多径的节点只在一条路径中出现，而相交多径中的有些节点可以存在于不同的路径中。目前比较有影响力的不相交协议包括基于跳数优先的AOMDV协议，与网络编码相结合的NCAOMDV协议，WMBR和多路径路由协议(NCMR)。

相交多径网络编码模型虽然证明优于不相交多径编码模型，但要运用在无线传感器网络中尚有难度，因为要运用该模型必须保证节点处于上下跳节点的传输范围内，而无线传感器节点的传播范围又是有限的，所以目前基于相交多径网络编码模型建立的无线传感网的多径路由协议较少。而本发明能够很好地解决上面的问题。

发明内容

本发明目的在于针对上述现有技术的不足，提出了一种无线传感网多径路由协议的实现方法，该方法根据相交多径网络编码模型的这一使用难点，运用了基于地理位置划分虚拟网格的方法，设计了一种满足上述条件并且完全基于相交多径网络编码模型的新型路由协议BRGNC(BraidedmultipathRoutingprotocolbasedonGridwithNetworkCoding)，该协议可以在大规模的链路质量较差的传感器网络中仍然提供很高的传输可靠性和能量效率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种无线传感器网络路由协议的实现方法，该方法基于地理位置将无线传感器网络划分成小的虚拟网格，在此网格之中运用相交多径网络编码，从而可以在大规模的链路质量较差的传感器网络中仍然提供很高的传输可靠性和能量效率。该方法的网络路由协议包括网络初始化、路由建立过程、数据传输过程以及通信维护四个部分，该路由协议具体包括如下步骤：

步骤1：网络模型初始化；

本地节点与Sink节点通信，得到所在虚拟网格的逻辑ID，并以此完成对网络覆盖区域的虚拟网格划分；

网络模型的初始化为了得到本地节点所在虚拟网格的逻辑ID并以此完成对网络覆盖区域的虚拟网格划分，包括：

步骤1-1：Sink节点广播网络初始化数据包；

步骤1-2：本地节点在收到Sink节点广播的网络初始化数据包之后，得到初始化数据，所述初始化数据包括Sink节点编号、Sink地理位置坐标、虚拟网格间距D以及时间同步信息；

步骤1-3：网格选举管理节点

节点在知晓自身网格ID之后，会随机等待一个时间段τ(τ＜t)，t是指一轮竞争所需要的时长。然后向周围发送竞争消息包，数据包中包含网格ID以及节点ID。如果在发送竞争包之前收到了别的节点发来的竞争包，首先会判断网格ID是否与自身相同，不相同则丢弃，相同则选择竞争包信息中的节点ID最小的作为管理节点，并且放弃发送竞争包。等到t时间之后，每个节点会向管理节点发送确认消息。在各个网格的管理节点选出之后，邻接网格之间还会互通信息告诉对方本网格管理节点的ID。

步骤1-4：获取可选节点信息

管理节点选举出来之后会向本网格内的所有节点发送询问消息，节点在收到消息之后会将自己的能量值发回管理节点。由于初始时每个节点能量均是满状态，所以管理节点会将所有节点计入可选节点集。除了统计本网格的可选节点，管理节点也会向其邻接网格查询可选节点的信息，包括节点ID以及剩余能量值。

步骤1-5：PRR探查