[发明专利]一种无线传感器网络集中式路由方法

说明书

一种无线传感器网络集中式路由方法，包括传感器节点和Sink节点，包括如下步骤：步骤A：增加数据结构，为传感器节点增加数据结构，用于计算最短路由路径和维护网络拓扑；步骤B：路线设置阶段，在数据传输之前在任意两个节点之间建立路由路径；步骤C：路由维护阶段，更新网络中每条路径的链路状态。提供一种无线传感器网络集中式路由协议，该协议利用能量充足的汇聚节点建立正向和反向路由路径，计算最优路由路径，维护网络拓扑结构，从而集中管理和减少路由开销。

技术领域

本发明涉及网络技术领域，特别是一种无线传感器网络集中式路由方法。

背景技术

无线传感器网络(Wireless Sensor Networks, WSN)是一种分布式传感网络，它的末梢是可以感知和检查外部世界的传感器。WSN中的传感器通过无线方式通信，传感器节点的并集形成任意拓扑，因此网络设置灵活，形成了一个多跳自组织的网络，其中的设备位置可以随时更改，还可以跟互联网进行有线或无线方式的连接。随着无线传感器网络系统中节点的规模和成本的降低，使得无线传感器网络在大范围内的部署成为可能，从而促进了无线传感器网络的大量应用，目前，WSN广泛应用于军事战场环境数据监测、智能交通、环境监控、医疗卫生、智能家居等领域。

无线传感器网络系统中有两类节点：传感器节点和汇聚节点。汇聚节点是Internet与WSN系统之间的网关，传感器节点是一种低功耗设备，配备有传感单元、处理器、存储器、收音机和电源。在无线传感器网络系统中，传感器节点通过协同工作来监测一个区域，以获取有关环境的数据，同时，传感器节点还要转发来自其他传感器节点的数据包。然而，传感器节点受到计算能力、内存、能量供应和带宽的限制，这些限制导致了无线传感器网络系统的设计和实现面临挑战。因此，需要对网络协议栈各层进行设计和优化；在网络层方面，主要目的是寻找路由设置和维护的解决方案，这些解决方案是能够提高数据传输效率和减少网络负载的路由协议，路由协议是无线传感器网络系统中最重要的设计问题之一。

现有的路由协议有很多，但大多数都是分布式路由协议。在分布式路由系统中，传感器节点和汇聚节点没有区别，传感器节点同时也是承担着复杂的计算的汇聚节点。由于传感器节点复杂处理的高能量成本，采用分布式模式的协议通常会导致较低的网络生存期。例如，优化链路路由（Optimized Link State Routing，OLSR）中的传感器节点不仅周期性地与邻居交换信息，而且还计算出维持网络拓扑的最小代价路由路径，作为一种具有主动模式的协议，每个节点都维护一个较大的路由表，从而大大提高了能量消耗率。

发明内容

本发明的目的是：克服现有技术的上述不足，提供一种无线传感器网络集中式路由方法，该协议利用能量充足的汇聚节点建立正向和反向路由路径，计算最优路由路径，维护网络拓扑结构，从而集中管理和减少路由开销。

本发明的技术方案是：一种无线传感器网络集中式路由方法，即集中式路由协议（Centralized Routing Protocol，CRP），包括功能简单的传感器节点和利用网络信息建立和维护网络拓扑结构的Sink节点，Sink节点还计算任意两个节点之间的最短路由路径。换言之，Sink节点借助于中央控制算法来执行中央管理。在自组织无线网络中，CRP中的每个节点都需要通过周期性的消息交换来发现其单跳邻居。然后，Sink节点向网络发送广播包，通过传感器节点发送的反馈包获得网络的全局信息。接下来，协议计算路由路径，并在传感器节点和接收器节点之间设置路由路径以传输数据包。由于已经建立了前述路径，因此每个传感器节点向Sink节点发送请求，以获取到网络中其他传感器节点的最短路径。然后将带有路由信息的反馈包发送回请求者，并建立任意两个节点之间的路由路径。最后，Sink节点通过处理链路状态的更新值来维护网络拓扑。具体步骤如下：

步骤A增加数据结构