[发明专利]一种基于机会转发的认知无线传感器网络路由方法

说明书

本发明涉及认知无线传感器网络技术，是一种基于机会转发的认知无线传感器网络路由方法。认知传感器网络中的认知节点采用周期性的休眠‑唤醒机制，首先利用频谱感知技术判断主用户的状态，如果主用户不活跃，那么数据发送节点使用广播前导码的方式建立通信链路，根据各邻居节点的剩余能量和平均成功传输时间判断其是否符合转发条件。协议为基于机会转发的认知无线传感器网络路由协议，所以在数据发送节点通信范围内符合转发条件的节点中，由最先唤醒的节点响应。此外，由于主用户的回归或者漏警可能导致认知节点与主用户的传输冲突，本发明采用基于确认的重传机制，以保证数据包传输的可靠性。

技术领域

本发明涉及认知无线传感器网络技术，具体地说是一种针对认知无线传感器网络的路由协议。

背景技术

无线传感器网络是由大量的低能力传感节点以自组织和多跳的方式构成的无线个域网络，在医疗、农业、工业和国防等领域都得到广泛应用。随着无线技术的快速增长，工作在免授权的工业、科学及医疗频段(ISM 2.4GHz)的网络越来越多，这使得ISM 2.4GHz频段变得非常拥挤。传统无线传感器网络资源严格受限，极易受到共存网络的干扰，进而导致其时延、可靠性等传输性能显著降低。

认知无线传感器网络将认知无线电技术引入到传统无线传感器网络中，可以实现认知传感器节点对高质量授权频段的动态机会式接入，从而为提升网络的传输性能提供了全新的解决思路。

路由协议是保证网络端到端实时、可靠传输的重要手段。不同于传统的无线传感器网络路由协议，认知无线传感器网络既要保证低能耗之外，还要保证对主用户的保护以及频谱动态条件下的网络性能。为此，本发明提出了基于机会转发的认知无线传感器网络路由协议，其主要创新性是结合基于短导频码采样的休眠-唤醒机制和机会式路由，并设计同时考虑保护主用户和转发时延的认知实时转发条件。该协议通过导频采样技术可有效减少CSs的串听和降低节点的占空比，采用基于认知实时转发条件的机会式路由合可以保证实时、可靠传输的同时，还对主用户进行了有效保护。同时，本专利所提路由协议是分布式路由协议，数据的传输和转发过程只需要节点的局部信息即可，相对于传统的集中式路由，路由开销明显降低。

发明内容

针对传统认知传感器网络采用的路由协议所存在的影响主用户传输质量、资源浪费以及传输时延增加的问题，本发明提出一种基于机会转发的认知无线传感器网络路由协议，可以保证实时、可靠传输的同时，还对主用户进行了有效保护。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于机会转发的认知无线传感器网络路由方法，认知传感节点利用主用户的信道向网关汇报本地传感数据，传感节点根据本地的局部信息计算自己的用于表示其在网络中虚拟位置的等级，发送数据至比自己等级低的传感节点，或者接收比自己等级高的传感节点的数据。

一种基于机会转发的认知无线传感器网络路由方法，在每个休眠-唤醒周期，认知传感节点CS执行以下步骤：

步骤1，频谱感知：CS检测主用户是否正在占用授权频段；主用户未占用授权频段，执行步骤2；否则，执行步骤8；

步骤2，载波监听：CS进行载波监听；当载波监听结果显示信道未被占用时，执行步骤3；当载波监听结果显示信道忙并且接收到前导码时，如果自身不满足转发条件，则执行步骤8，否则执行步骤6；当载波监听结果显示信道忙并且未接收到前导码时，执行步骤8；

步骤3，CS检测自身数据队列长度；当数据队列不为空时，执行步骤4；否则执行步骤8；

步骤4，广播发送前导码：CS在传输数据前，首先发送前导码，用于和邻居节点建立通信链路；

步骤5，数据传输：如果CS发送前导码的过程中接收到等级更低的邻居 CS的响应ACK，则立即停止前导码的发送，并开始向该邻居CS发送数据包；如果数据包发送完成后接收到确认ACK，则表示数据包发送成功，执行步骤8；否则，表示传输失败，执行步骤7；