[发明专利]基于虚拟势能场的矿井混合无线mesh网络路由方法

摘要

本发明提出一种基于虚拟势能场的矿井混合无线mesh网络路由协议，该协议基于矿井混合WMN网络数据传输的汇聚性特点，选取不同的网络性能参数构造不同的势能场，并为网关节点设置最低的势能值，数据分组在势能场的作用下向网关汇聚，然后根据相邻节点之间的势能差建立路由，为不同的应用提供区分服务。本发明仅需局部信息即可做出路由决策，无需获取整个网络的性能参数，这种分布式路由协议具有较小的网络开销与较好的可扩展性。与现有路由协议相比，本发明传输两种类型的数据时，在端到端时延、投递率方面都更具优势，同时终端节点使用均衡，能够延长网络生存时间，提高网络服务质量。

主权项

基于虚拟势能场的矿井混合无线mesh网络路由协议，其特征在于，所述矿井混合无线mesh网络中包括网关节点和其他节点；该协议包括以下步骤：(1)网络初始化，包括步骤：(1‑1)各节点生成自己的HELLO分组并广播，HELLO分组中记录有生成HELLO分组的节点的深度势能值、紧急数据资源势能值、非紧急数据资源势能值和IP地址；各节点根据接收到的其他节点发送的HELLO分组生成邻居表；邻居表中记录有该节点邻居节点的IP地址、深度势能值Pd、紧急数据资源势能值和非紧急数据资源势能值；任意一个节点i的紧急数据资源势能值和非紧急数据资源势能值的计算公式为：Pr_urgent(i)=Qu(i)N(i)]]>Pr_non-urgent(i)=12(Q(i)N(i)+logaE(i))]]>式中，Pr_urgent(i)和Pr_non‑urgent(i)分别表示节点i的紧急数据资源势能值和非紧急数据资源势能值；Qu(i)为节点i已缓存的紧急数据包个数；Q(i)为节点i已缓存的数据包总数；N(i)为节点i可缓存的数据包总数；E(i)为节点i剩余能量百分比；a为低能量门限；(1‑2)节点根据邻居表生成两张路由表：紧急数据路由表和非紧急数据路由表；两路由表中均记载节点的邻居地址和节点与邻居节点之间的混合作用力Fh；Fh的计算公式为：Fh(v，w)＝αFd(v，w)+(1‑α)Fr(v，w)＝α(Pd(v)‑Pd(w))/Δd+(1‑α)(Pr(v)‑Pr(w))/Δd式中，v表示当前节点，w是v的邻居节点；Fd(v，w)为节点v、w之间的深度作用力；α是可调参数，传输紧急数据时α＝α1，传输非紧急数据时α＝α2，且α1≠α2；Fr(v，w)表示节点v、w之间的资源作用力；Pd(v)、Pd(w)分别表示节点v、w的深度势能值；Δd表示节点v、w之间的距离，Ad取值为1；Pr(v)、Pr(w)分别表示节点v、w的资源势能值，当节点i传输紧急数据时，Pr(i)＝Pr_urgent(i)，当节点i传输非紧急数据时，Pr(i)＝Pr_non‑urgent(i)；(1‑3)在数据分组头部添加用以区分紧急数据和非紧急数据的priority标志位，节点在转发数据分组时根据priority标志位选择相应的路由表进行路由选择；(2)以节点的深度势能值为关键字建立虚拟势能场，发送数据时从深度势能值高的节点向深度势能值低的节点发送；(3)虚拟势能场建立后，节点定期向邻居节点广播HELLO分组；节点接收到邻居节点发送的HELLO分组后，搜索自己的邻居表中该邻居节点对应的深度势能值、紧急数据资源势能值和非紧急数据资源势能值，若这三个参数中的任意一个大于HELLO分组中记录的对应值，则将邻居表中的深度势能值、紧急数据资源势能值和非紧急数据资源势能值更新为HELLO分组中的对应值；(4)节点根据更新后的邻居表计算与各邻居节点之间的混合作用力更新值F′h，并将F′h与自己路由表中原本记录的Fh值比较，若F′h＞Fh，则令Fh＝F′h；(5)源节点发送数据分组时，首先根据数据分组头部的priority标志位选择相应的路由表；再从选出的路由表中根据混合作用力值选择路由，选出的路由中，第k跳节点为第k‑1跳节点的路由表中与第k‑1跳节点之间的混合作用力值最大的邻居节点。