[发明专利]一种无线传感网中基于生命周期的RPL路由优化方法

权利要求书

1.一种无线传感网中基于生命周期的RPL路由优化方法，所述优化方法包括利用网络的生命周期指标LCI作为向上路径选择的目标函数，计算节点Rank值，根据LCI值和Rank值进行父节点选择，并保存其他满足条件的父节点，同时引入多路径解决路径重找资源耗费和链路拥塞问题；其特征在于，重新设计目标函数，所述目标函数，即网络生命周期指标LCI综合考虑节点能量、功率、链路质量、成功传输数据速率和拥塞因子等多种因素，代替RPL路由中不明确定义的目标函数作为向上路径选择的依据；综合考虑跳数、节点剩余能量和拥塞因子计算节点Rank值；新的父节点选择策略，不单单只是选择最优的父节点，要综合考虑提出的新指标，在预估链路质量的前提下，对父节点进行选择，同时不仅选择其中一个最优的，还要保存其它满足条件的父节点；引入多路径路由方案对单路径的RPL进行改进，当网络出现故障时，可以利用备用路径进行通信，同时当父节点出现拥塞时，利用多路径解决拥塞问题。

2.根据权利要求1所述的一种无线传感网中基于生命周期的RPL路由优化方法，其特征在于，重新设计目标函数，所述目标函数，即网络生命周期指标LCI综合考虑节点能量、功率、链路质量、成功传输数据速率和拥塞因子等多种因素，代替RPL路由中不明确定义的目标函数作为向上路径选择的依据；一个节点的生命周期指标LCI，计算步骤如下：LCI值表示每一个节点要完成链路传输必须付出的代价；

1)评估节点N数据吞吐量M_N；M_N表示当前节点和它的孩子产生的数据流，公式(1)所示，计算时不仅仅考虑到当前节点，还考虑到孩子节点，使数据吞吐量的计算更具有代表性；

MN=DN+Σi∈Children(N)Di---(1)]]>

其中D_i表示节点i产生的数据流；

2)利用转发的平均数；让吞吐量乘以每个节点的每个父节点链路可靠性ETX(N，P)与吞吐量速率，这里P属于N节点的父节点；发送到每个节点的每个父节点的吞吐量速率；转发的平均数如公式(2)所示，该公式把链路质量指标添加到吞吐量速率中，同时考虑链路质量和速率，并且考虑孩子节点因素；

FN=MN×ΣP∈Parents(N)[λP×ETX(N,P)]---(2)]]>

其中F_N表示转发平均数，P属于N节点的父节点，ETX(N，P)表示节点N到每个父节点P的链路质量指标，λ_P表示父节点P的吞吐量速率；

3)数据被发送耗费的时间；计算利用中间节点进行发送的平均速率，根据数据发送速率计算耗费的时间，如公式(3)所示：

T=FNVdata---(3)]]>

其中V_data表示数据发送速率，T表示数据被发送耗费的时间；

4)计算数据被发送耗费的时间乘以花费在发送所有吞吐量的能量消耗，考虑传送能量速率，这时的指标就同时具有了能量传输速率因素，如公式(4)所示：

V_energy＝T×P_TX(N)(4)

其中P_TX(N)发送节点N吞吐量能量消耗速率；

5)最后，计算节点的生命周期指标LCI；利用剩余能量的速率与接收和发送数据消耗能量相除，加上每个节点的拥塞检测因子CF(N)，可以得到想要的指标，当指标越小说明网络情况越不容乐观，如公式(5)(6)所示：

CF(N)=PQ(N)TQ(N)---(5)]]>

LCI(N)=Eres(N)Venergy+CF(N)---(6)]]>

其中P_Q(N)是节点N队列中数据包的数目，T_Q(N)是节点N整个队列的大小；

利用生命周期指标计算路径瓶颈，在进行路径选择时如果某条路径有最大的瓶颈，则这条路径就作为较优路径；瓶颈，就是那些最容易首先耗尽能量的节点；因此一条路径的关键因素就是它的瓶颈，也就是路径上的某个最易耗尽能量的节点。