[发明专利]基于虚拟势能场的矿井混合无线mesh网络路由方法

说明书

本发明提出一种基于虚拟势能场的矿井混合无线mesh网络路由协议，该协议基于矿井混合WMN网络数据传输的汇聚性特点，选取不同的网络性能参数构造不同的势能场，并为网关节点设置最低的势能值，数据分组在势能场的作用下向网关汇聚，然后根据相邻节点之间的势能差建立路由，为不同的应用提供区分服务。本发明仅需局部信息即可做出路由决策，无需获取整个网络的性能参数，这种分布式路由协议具有较小的网络开销与较好的可扩展性。与现有路由协议相比，本发明传输两种类型的数据时，在端到端时延、投递率方面都更具优势，同时终端节点使用均衡，能够延长网络生存时间，提高网络服务质量。

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其是一种基于虚拟势能场的矿井混合无线mesh网络路由方法。

背景技术

目前无线mesh网络(WMN)路由协议主要有：目的节点序列距离矢量路由协议(DSDV)，自组织按需距离矢量路由协议(AODV)和混合无线Mesh路由协议(HWMP)。其中，

目的节点序列距离矢量路由协议(DSDV)是一种基于经典Bellman-Ford算法的表驱动先验式路由协议。自组织按需距离矢量路由协议(AODV)建立在DSDV算法之上，但它只在需要的时候才启动路由发现过程，因此降低了路由维护的开销。混合无线Mesh路由协议(HWMP)是一种混合式路由协议，该路由协议具有先验式路由的快速性和反应式路由的灵活性。以上典型路由协议沿用了Ad hoc网络路由协议的设计思想，没有针对WMN的特点和应用领域进行设计。随着WMN应用领域的扩大，对网络服务性能的要求不断提高，以上路由协议难以满足快速变化的应用需求，例如当数据传输对网络的服务质量提出多种要求时，衡量网络质量的多个参数之间难以有效融合，实现既简单又高效的路由决策。

更为重要的是，煤矿井下多为狭长巷道，且采煤工作面不断推进，有线网络以及传统无线网络出现故障后自修复能力弱，而在混合WMNs中，终端可参与组网，能够有效解决矿井网络面临的难题。矿井混合无线mesh网络数据类型多样，传输数据时对网络时延、吞吐量等提出了不同的服务要求，这就需要路由协议能够按需动态调整路由，实现数据的高效稳定传输。现有的路由协议没有针对矿井实际需求进行设计，应用于煤矿井下时无法满足紧急数据低时延，非紧急数据高吞吐量的传输需求，很难发挥混合WMNs的优势。同时，矿井混合WMNs的终端节点采用电池供电，能量受限，路由节点采用有线电源供电，能量充足。在路由决策过程中不仅要保证数据传输的有效性，还需要优化节点能耗，现有路由协议在设计时没有充分考虑不同类型节点的特点，难以降低终端节点能耗，因此影响网络生存时间。

发明内容

本发明的目的在于满足矿井混合WMN中不同类型数据的传输需求，解决终端节点能量受限问题，本发明基于势能场理论，提出了基于虚拟势能场的矿井混合无线mesh网络路由方法。

发明内容：为实现上述技术效果，本发明提出的技术方案为：

基于虚拟势能场的矿井混合无线mesh网络路由方法，所述矿井混合无线mesh网络中包括网关节点和其他节点；所述方法包括以下步骤：

(1)网络初始化，包括步骤：

(1-1)各节点生成自己的HELLO分组并广播，HELLO分组中记录有生成HELLO分组的节点的深度势能值、紧急数据资源势能值、非紧急数据资源势能值和IP地址；各节点根据接收到的其他节点发送的HELLO分组生成邻居表；邻居表中记录有该节点邻居节点的IP地址、深度势能值P_d、紧急数据资源势能值和非紧急数据资源势能值；

任意一个节点i的紧急数据资源势能值和非紧急数据资源势能值的计算公式为：