[发明专利]一种负载均衡的无环路路由选择方法

说明书

本发明提供了一种负载均衡的无环路路由选择方法，该方法在保证所有节点均获悉相同路由矩阵的前提下，利用经典最短路径路由方法生成多个尽可能不相交的路由表，将节点剩余能量以及上/下行链路矩阵变化信息添加在数据帧中进行分发，根据这些信息选择路由表并根据源节点指定路由进行数据帧中继，同时通过回复伪ACK数据帧的方法节省中继节点能量消耗，通过上述方法均衡各节点负载及无环路路由进而达到延长网络寿命的目的。本发明提供的路由选择方法在针对汇聚型网络的实施过程中，首个节点失效时间明显晚于传统的最短路径路由方法的实施结果，且网络吞吐量与传统方法基本一致。

技术领域

本方法属于无线传感器网络领域，特别涉及一种负载均衡的无环路路由选择方法。

背景技术

无线传感器网络是由随机布放在感兴趣区域内的传感器节点组成的用于数据采集的网络。其运行期间，各节点将自身数据通过网络路由传输回主节点，主节点也可以向各节点发射命令或ACK。这就造成主节点附近的其他节点能量消耗过快而过早失效，进而导致网络瘫痪。

如何避免能量空洞、尽可能地延长网络寿命，除工程性方法(例如：降低硬件功耗、减少软件运算量、休眠-唤醒策略、根据其他节点距离主节点的跳数配置其电池电量与节点布放密度等)以外，其他方法大多通过均衡各节点能量消耗的方法延长网络寿命，主要包括：

第一种：根据节点剩余能量及链路拥堵情况调整路由路径；

第二种：根据地理位置信息、到达方位角、布放深度、传播损失等调整路由路径；

第三种：使用移动节点作为主节点进行数据搜集，并规划其移动轨迹及搜集策略；

第四种：机器学习类方法，如：基于Q学习、蚁群算法等方法。

这里主要考虑如下应用场景：网络节点在布放后难以移动，没有任何先验的邻居信息、拓扑信息，且难以获取到自身地理位置信息。这样就导致第二种和第三种不适用，主要考虑第一种和第四种两类方法。这两类方法在利用网络传输数据时均需要路由协议。路由协议又主要分为：

1、表驱动路由，各节点在布放之后存在一个路由建立阶段，在该阶段每个节点建立自己的路由表，并对路由表进行定期或者不定期的更新；

2、启发式路由，各节点在布放之后并不形成自己的路由表，只在需要发射数据的时候，再行寻找路由进行发射。

一方面，目前常见的第一种和第四种两类方法大多采用启发式路由，且需要周期性广播剩余能量及链路状况。对于某些发射功耗远大于值守待机功耗的场景(例如：水声传感器网络)来说，启发式路由及周期性广播的能量消耗难以忽略，其延长网络寿命的效果仍需仔细考察。

另一方面，多数能量均衡的方法未提到在更换路由时容易造成的路由环路问题。少数避免环路的方法大多采用环路检测方法，即各节点在中继数据帧时检测该数据帧的路由过程中是否产生了环路，这种方法难以从根本上断绝环路的产生。而一旦形成环路，数据帧将在整个网络中重复传输，不仅快速地消耗中继节点的能量，而且占用有限的信道资源，是延长网络寿命的主要障碍之一。

发明内容

本发明的目的在于克服目前无线传感器网络中的负载均衡的路由选择方法存在的上述问题，提出了一种负载均衡的无环路路由选择方法，能够有效避免更换路由时容易造成的路由环路问题。

为了实现上述目的，本发明提出了一种负载均衡的无环路路由选择方法，所述方法包括：

步骤1)网络布放T个节点，每个节点的通信范围内至少有2个其他的网络节点；为网络中的每个节点设置参数；为每个节点建立路由选择索引表S并清零，建立链路矩阵变化表和发射信息表；通过网络自组织方法为各个节点建立链路矩阵Q和剩余能量表E；

步骤2)每个节点建立B个路由表，B≥2，根据链路矩阵Q和剩余能量表E计算路由并进行赋值，设置参考矩阵C等于链路矩阵Q；