[发明专利]低占空比网络中基于链路相关性的机会路由优化方法

说明书

本发明公开了一种低占空比网络中基于链路相关性的机会路由优化方法。本发明步骤如下：步骤1、网络中传感器节点互发数据探测包；步骤2、收集当前网络中邻居传感器节点的链路质量；步骤3、通过数据探测包的接收位图来计算链路相关性；结合链路质量和链路相关性计算期望传输次数ETX；步骤4、基于最小ETX做分组决策；步骤5、重新调度节点的工作调度计划。本发明仅需要邻居传感器节点的信息，这会带来最小的通信开销，同时该算法弥合了节点有限的能源和应用程序寿命要求之间的差距。本发明不仅时间复杂度低、效果好，而且在节点中容易部署，能够最真实的优化无线网络中节点的数据传输情况。

技术领域

本发明属于无线传感器网络协议领域，具体涉及一种新颖的组内同步、组外异步的低占空比分组调度算法。

背景技术

无线传感器网络已经逐渐渗透到人们的日常生活当中，改变着人们的生活方式，包括智能家居、基础设施保护、环境监测、军事领域等。低占空比机制作为降低无线传感器网络的能量消耗、延长使用周期的有效方法，允许节点周期性的苏醒，避免了节点处于等待状态、空闲侦听时所消耗的能量。采用低占空比技术可以极大地延长网络的工作寿命。链路相关性的发现和研究，通过提高候选转发集合内的数据包接收多样性可以大幅度提高机会路由协议的传输效率，减少源节点到目标节点因为重传而导致的大量冗余传输，从而可以降低网络数据传输时导致的时间延迟、提高网络吞吐率等。

传统路由算法固然逻辑简单且易实现但却没有考虑传感器网络中无线信道的不稳定性、时变特性和广播特性对于协议性能的影响。无线链路的时变特性会导致链路质量随时间而改变，因此事先选择的路径未必是最优的情况，从而可能导致传输冗余，增加发送次数。信道的广播特性使得发送节点发送的数据包可能被多个转发节点收到，机会路由正是利用了这一点来减少传输路径上的跳数。在各种应用中，机会路由扮演着越来越重要的角色，而现有的绝大部分机会路由协议的解决方案仍然只是关注于节点全部醒着工作的情况，这如果直接应用在低占空比无线网络下将会导致网络效率严重下降。

同时，现有关于低占空比无线网络中机会路由的研究忽略了占空比调度中集转发器之间接收分集的影响，因此无法充分利用机会路由的优势。同时，这些研究显式或隐式地假定无线链接间彼此独立。但已有研究清楚地表明，无线链路不是独立的，并且在短时间间隔内从发送方到多个接收方的数据包传输是相关的，这主要是由跨网络干扰和相关的阴影引起的。缺乏链路相关性的考虑高估了低占空比无线网络中机会路由的性能效率，因此有必要提出新的技术方案加以解决。

发明内容

本发明的主要目的是针对缺乏链路相关性考虑的低占空比无线网络中机会路由的性能效率不真实的问题，提出了一种基于链路相关性的低占空比网络下机会路由协议的优化方法。

本发明所设计的机会路由优化算法包括如下步骤：

步骤1、网络中传感器节点互发数据探测包

传感器节点周期性的向所有邻居传感器节点发送10个数据探测包，每个数据探测包必须有一个唯一的工D，以便识别该数据探测包是否丢失。数据探测包的接收状态信息，用二进制序列接收位图表示，“1”表示该探测数据包被成功收到，“0”表示该探测数据包丢失，没有被邻居传感器节点收到。例如[10101]表示工D为1、3、5的数据探测包成功收到，ID为2、4的数据探测包丢失。

步骤2、收集当前网络中邻居传感器节点的链路质量Q_n；

使用步骤1的数据探测包的接收位图来计算链路质量Q_n，使用接收位图中“1”的个数除以接收位图的长度L，即：

其中，Q_n表示第n个邻居传感器节点与发送方传感器节点的链路质量，L代表接收位图的长度，B(j)表示数据接收位图中第j个数据包的数值。

步骤3、计算链路相关性p_r；