[发明专利]丢失敏感的无线传感网络中基于发射速率的机会路由方法

说明书

本发明提供了一种丢失敏感的无线传感网络中基于发射速率的机会路由方法。传感器节点经过多跳向基站进行数据传输时选择多个中继节点，只要一个中继节点接收数据成功，则接收数据成功的节点继续上述过程向前路由，直到基站。由于无线数据传输存在一定的丢包率，为保证高的数据传输成功率。本专利根据无线传感器网络中节点承担数据量和能量消耗情况，利用网络中节点的剩余能量，提高有能量剩余节点的发射功率；节点的发射距离保持不变，从而提高节点的数据传输成功率，使得数据传输的可靠性得到提高，降低延迟。本发明可以降低数据传输延迟，提高网络传输可靠性6.62％‑169.05％，并且不影响网络寿命。

技术领域

本发明属于无线传感器网络领域，特别涉及一种丢失敏感的无线传感网络中基于发射速率的机会路由方法。

背景技术

无线传感器网络由价格低廉的微处理器组成，具有无线通信、计算、存储、感知周围环境的能力。无线传感器网络通常用于环境监测、行动监控和家庭或工业自动化等。无线传感器的重要应用在于对监测的对象进行数据收集，传感器节点采用自组织方式形成动态的拓扑网络，感知的数据经过多跳路由的方式传输到基站，基站将收集到的数据传输到控制中心。控制中心对传感器节点收集的数据综合后进行决策，对监测或者控制的对象发出相应的控制，从而实现相应的功能。然而，传感器节点一般采用电池供电的方式，且更换十分困难。所以，对于传感器节点，其能量是十分重要的资源。无线传感器网络的很多应用都是延迟敏感的，因此如何制定可靠、低延迟和能量高效的策略成为无线传感器网络的一个研究重点。针对该问题的一个有效方法是机会路由方法，它可以有效降低延迟，提高传输可靠性。

机会路由的基本思想是:节点在转发数据包时，首先会先选择一个候选节点集合G，再对集合中所有的候选节点广播数据包。等待传输结束后，根据某些度量标准，从该节点集合G中选出最优节点i进行下一跳传输。节点i将再选择候选节点集合并广播。而集合G中除i以外的其它节点并不广播此数据包。如此重复，直到目的节点接收到数据包。节点S是源节点，需要将数据包路由到基站。依据通信可靠性模型，将节点S发送范围内的接收节点分为3个区域，分别为:(1)连接区域，这个区域是距离节点S较近距离内的节点，此区域内节点接收成功率高；(2)不连接区域，距离节点S较远的节点，接收成功率非常低；(3)过渡区域，处于这个区域内的节点具有一个特定范围的接收成功率。如果节点S选择连接区域内的节点作为接收节点，虽然接收可靠性高，但是每一跳向基站前进的距离小。而选择不连接区域的节点，传送成功率非常低。因而，机会路由采用的办法是选择多个过渡区域的节点，采用广播发送的方式，这样只要过渡区域内有一个节点能够成功接收数据，则传输成功。只有接收节点同时都没有收到数据，才会导致数据传输失败。因而采用机会路由不仅具有较高的可靠性，又保持了每跳具有一定的前进距离。一般研究结果表明，分区的取值情况为：分组接收率在0.1-0.9之间为过渡区域，分组接收率大于0.9为连接区域，分组接收率小于0.1为不连接区域。在机会路由下，每次候选集合中的节点都从过渡区域进行选择。

两个传感器节点之间数据传输的单跳传输可靠性主要是指节点发送数据包到接收节点时,接收节点成功接收数据的概率。由于在无线传感器网络中，源节点产生的数据往往经过多跳路由到基站，因而端到端传输可靠性指的是源数据经过多跳到达基站时,基站成功接收到数据的概率。端到端传输可靠性是路由路径上所有单跳传输可靠性的乘积。由此可见，在单跳传输可靠性确定的情况下，端到端可靠性会随着路由跳数的增长而减少。而要在较长的路由中保持高的可靠性要求单跳传输可靠性非常高。