[发明专利]基于物理感知信息的点阵网络可靠路由方法

说明书

一种基于物理感知信息的点阵网络可靠路由方法，降低障碍物对于数据传输可靠性的影响，包括以下步骤：(1)节点标识，根据传感器返回的实时障碍物感知信息将节点标识为外部、内部和边界节点三类；(2)路由恢复，障碍物移入传感点阵后，边界节点根据当前障碍物感知信息重新规划路由路径，使得数据包转发沿障碍物边缘绕行，直至脱离障碍物影响范围。本发明利用实时传感器数据直接控制路由决策，大大提高了障碍物突然出现时路由恢复的实时性，降低了障碍物干扰下数据丢失的可能性。

技术领域

本发明涉及一种基于物理感知信息的点阵网络可靠路由方法。

背景技术

障碍物是影响无线传输质量的重要因素。当可移动障碍物遮挡无线信号传输路径时，可能导致部分节点无法正常与其他节点通信，从而导致突发的路由空洞。目前路由协议主要可分为基于拓扑的，如文献[1]O.Gnawali,R.Fonseca,K.Jamieson,M.Kazandjieva,D.Moss,and P.Levis,“Ctp:An efficient,robust,and reliable collection treeprotocol for wireless sensor networks,”ACM Transactions on Sensor Networks,vol.10,no.1,pp.1–49,2013(O.Gnawali,R.Fonseca,K.Jamieson,M.Kazandjieva,D.Moss,和P.Levis,“Ctp：一种高效、健壮和可靠的无线传感器网络收集树协议,”ACM传感器网络汇刊,第10卷,第1期,第1页到第49页,2013)，的和基于地理位置的，如文献[2]B.Karp andH.T.Kung,“Gpsr:greedy perimeter stateless routing for wireless networks,”inProceedings of the 6th annual international conference on Mobile computingand networking(MobiCom),2000,p.243–254(B.Karp和H.T.Kung,“无线网络中的贪心边缘无状态路由,”第六届移动计算和网络国际年会会议记录(MobiCom),2000,第243页到第254页)。基于拓扑的方法大多要求节点维护一个动态的全局传输开销(如到达汇聚节点的跳数、传输次数等)，并选择开销最低的路径。基于地理位置的方法则依赖于节点的地理位置，选择距离汇聚节点最近的节点进行转发。如文献[3]A.Mostefaoui,M.Melkemi,andA.Boukerche,“Localized routing approach to bypass holes in wireless sensornetworks,”IEEE Transactions on Computers,vol.63,no.12,pp.3053–3065,2014(A.Mostefaoui,M.Melkemi,和A.Boukerche,“无线传感器网络中本地化绕洞路由方法,”IEEE计算机汇刊,第63卷,第12期,第3053页到第3065页,2014)所述，基于地理位置的方法会遇到“局部最小化”问题，即所有邻居节点距离汇聚节点的距离都比自身更大。该问题仅在路由空洞(空洞内部没有节点)的边缘才会发生。基于地理位置的路由协议一般通过左手和/或右手法则绕过空洞，如文献[4]H.Huang,H.Yin,G.Min,J.Zhang,Y.Wu,and X.Zhang,“Energy-aware dual-path geographic routing to bypass routing holes inwireless sensor networks,”IEEE Transactions on Mobile Computing,vol.17,no.6,pp.1339–1352,2018(H.Huang,H.Yin,G.Min,J.Zhang,Y.Wu,和X.Zhang,“无线传感器网络中能量感知双路绕洞地理路由,”IEEE移动计算汇刊,第17卷,第6期,第1339页到1352页,2018)。然而，现有基于地址位置的路由协议大多假设该空洞是静态的，对于动态出现的空洞缺乏有效的快速检测和恢复手段。而基于拓扑的路由协议往往采用链路质量估计器对通信质量进行动态采样，如文献[5]N.Baccour,A.L.Mottola,M.A.H.Youssef,C.A.Boano,and M.Alves,“Radio link quality estimation in wirelesssensor networks:A survey,”ACM Transactions on Sensor Networks,vol.8,no.4,pp.1–33,2012(N.Baccour,A.L.Mottola,M.A.H.Youssef,C.A.Boano,和M.Alves,“无线传感器网络中无线链路质量估计研究综述,”ACM传感器网络汇刊,第8卷,第4期,第1页到第33页,2012)。所存在的问题主要包括：(1)现有方法大多依赖于对历史数据包发送情况统计估计链路质量，对突发路由空洞检测的延迟很大；(2)基于拓扑的方法需要节点间交换链路质量估计结果计算全局传输开销，进一步加大了路由空洞恢复的延迟。文献[6]M.Xia,B.Liu,Y.H.Hu,K.Chi,X.Wang,and J.Liu,“Pace:Physical-assistedchannel estimation,”IEEE Transactions on Wireless Communications,vol.19,no.6,pp.3769–3781,2020(M.Xia,B.Liu,Y.H.Hu,K.Chi,X.Wang,和J.Liu,“Pace：物理辅助信道估计,”IEEE无线通讯汇刊,第19卷,第6期,第3769页到3781页,2020)提出了一种使用传感器物理感知信息进行链路质量估计的方法，较好的解决了现有链路质量估计器难以对突然出现的障碍物引起的链路质量变化进行实时估计的问题。然而，该方法无法解决问题(2)，当移动障碍物导致突发路由空洞时，无法完全避免数据传输失败。