[发明专利]基于RPL的月球通信系统路由方法

说明书

本发明提出了一种基于低功耗有损网络路由协议RPL的月球通信系统路由方法，用于解决现有技术中存在的节点平均能耗高、各节点能量消耗不均衡、路由表信息转发开销大的技术问题，实现步骤为：设置参数；每个通讯节点S_n基于RPL报文格式构造自己的信息对象报文DIO_n；每个宇航员节点基于月球表面自传周期特性选择自己的父节点；构建非存储模式的RPL网络拓扑G₀；在G₀的节点间传输生命体征数据。本发明可用于低功耗有损网络等领域。

技术领域

本发明属于无线传感器网络技术领域，涉及一种月球通信系统的路由方法，具体涉及一种基于低功耗有损网络路由协议RPL的月球通信系统路由方法，可用于低功耗有损网络等领域。

背景技术

无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSN)是一种多跳的、无中心的、自组织无线网络。低功耗有损网络(Low power and Lossy Networks，LLN)属于WSN，组建LLN的节点具有能量受限，信息处理能力弱的特点。

月球表面呈现14天极昼，14天极夜，且会周期切换。部署于月球表面的通讯设备通过太阳能进行能源补给，在月球极夜期，有长达14天没有能源供给，因此能量受限，且月球表面通讯设备功耗低、信息处理能力弱，在没有基站等固定基础设施的支持下，无法直接进行通信的通讯设备间需要通过多跳进行数据传输。由这些月面通讯设备构建的网络非常符合LLN的特点。

RPL(Routing Protocol for LLN,RPL)是由互联网工程任务组(InternetEngineering Task Force,IETF)研究制定的专用于LLN的低功耗有损网络路由协议。比较重要的路由协议性能指标有时延，控制报文开销等，并且不同路由协议的性能指标不尽相同。RPL是一种距离矢量路由协议，节点间通过交互信息组建有向无环图(DestinationOriented Directed Acyclic Graph,DODAG)状的网络拓扑。

RPL路由协议有存储模式及非存储模式两种工作模式。存储模式就是DODAG中的所有节点都会存储子图当中所有节点的路由信息。非存储模式就是DODAG中所有节点之间的数据通信都必须经过根节点来转发，非存储模式下，仅根节点存储其到所有叶子节点的路由信息，叶子节点不存储路由信息，因此叶子节点没有路由存储及维护开销，节点平均能耗低，但是目前非存储模式的RPL路由协议依然存在不足，在RPL拓扑组建时，各叶子节点通过跳数或链路质量来进行自己父节点的选择，这样由单一指标构造出的RPL网络拓扑仅适用于单一网络场景的网络环境；同时，各节点在父节点选择时未考虑节点剩余能量，即使节点剩余能量低于节点平均剩余能量值，也会选其作父节点进行数据传输，从而导致这部分节点会过早耗尽能量，各节点能耗较不均衡；此外，随着网络规模的扩大，大量由根节点转发的含路由表的信息会造成大量开销。

近年来，用于月球通信系统的路由协议受到越来越多的关注，目前月球通信系统中各节点路由时多采用WSN中的传统路由协议，例如路艳玲，秦世引在2009年科技导报第19期公开了一种“面向月球探测多机器人通信系统的Ad hoc路由协议优化设计”，在动态源路由协议DSR的基础上设计了一种基于能量约束的Adhoc网络路由协议。该协议综合考虑了通信系统对于节能和实时性两方面的需求，将路由跳数、路由传送功率、节点剩余电池能量作为路由度量，采用改进的离散Bellman-Ford算法进行最优路径的求解。该协议综合考虑了通信系统对于节能和实时性两方面的需求，将路由跳数、路由传送功率、节点剩余电池能量作为路由度量，采用改进的离散Bellman-Ford算法进行最优路径的求解。但是存在的缺陷是该路由协议采用洪泛机制寻找和维护路由表，由于月面通信环境中信道质量差，导致分组交付率低，从而大量路由信息需要重传，路由开销大。同时，各节点由于频繁传送接收数据，节点平均能耗高。

发明内容