專利名稱：路由方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信領(lǐng)域，更具體而言，涉及路由方法和裝置。
背景技術(shù)：
近年來，由于微電子技術(shù)、計算技術(shù)和無線通信技術(shù)等的發(fā)展，使得移動自組織(Ad Hoc)網(wǎng)絡(luò)成為世界各國科研人員關(guān)注的熱點之一。作為移動自組織網(wǎng)絡(luò)的典型應(yīng)用的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，它由無數(shù)個傳感器節(jié)點組成，通過無線通信方式組成一個多跳的自組織網(wǎng)絡(luò)，對數(shù)據(jù)進行收集處理并將之發(fā)送給用戶或任務(wù)管理者。它具有非常廣闊的應(yīng)用前景環(huán)境監(jiān)測和預(yù)報、醫(yī)療護理、智能家居、監(jiān)控、交通、探索、以及物流管理和安全監(jiān)測等。
移動自組織網(wǎng)絡(luò)在計算能力、能量和內(nèi)存容量等方面有著很大的局限性，而且通常它的應(yīng)用環(huán)境都較為惡劣，無法對發(fā)生故障的移動終端節(jié)點進行正常維護。它需要重點考慮網(wǎng)絡(luò)生命期的問題，傳統(tǒng)的路由技術(shù)無法適用于移動無線自組織網(wǎng)絡(luò)，路由技術(shù)的研究是移動自組織網(wǎng)絡(luò)研究的重點之一。
移動自組織網(wǎng)絡(luò)路由技術(shù)最主要的目的就是在保證數(shù)據(jù)通信的同時，延長網(wǎng)絡(luò)生命期，采用具有競爭機制的能量管理方案來減少連接失敗。在協(xié)議的設(shè)計上必須要遵循以下幾個基本要求首先，由于移動自組織網(wǎng)絡(luò)的終端節(jié)點數(shù)目靈活多變，可以從上百到上千甚至上萬，所以路由協(xié)議必須具有可擴展性；其次，移動自組織網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的分布是動態(tài)的，在路由協(xié)議的設(shè)計上必須考慮其動態(tài)分布特點，路由協(xié)議必須保證移動情況下的路由穩(wěn)定性；再次，因為應(yīng)用環(huán)境惡劣，移動終端節(jié)點很容易發(fā)生故障或者能量耗盡，從而引起網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)的變化，因此路由協(xié)議要具有較高的容錯能力，可以根據(jù)實際情況進行路由和傳輸調(diào)整，減少網(wǎng)絡(luò)能耗，保證網(wǎng)絡(luò)暢通；最后，也是路由算法設(shè)計中最重要的一點，在數(shù)據(jù)處理和傳輸上要建立能量節(jié)省模式，在數(shù)據(jù)報告的方式上要根據(jù)實際需要選擇合適的方式，這對網(wǎng)絡(luò)的能耗和路由的穩(wěn)定性都有很大的影響。當(dāng)然在某些特殊應(yīng)用中還需要保證一定的服務(wù)質(zhì)量，在移動自組織網(wǎng)絡(luò)的大多數(shù)應(yīng)用場景中，能耗問題是需要優(yōu)先考慮重要因素之一，這直接影響到網(wǎng)絡(luò)的生命期。
在移動自組織網(wǎng)絡(luò)路由技術(shù)的設(shè)計上還需要注意的是，由于應(yīng)用環(huán)境的千差萬別和移動節(jié)點自身的物理特點，使得路由技術(shù)的通用性成為一個難題。通常網(wǎng)絡(luò)設(shè)計者不得不針對每一個應(yīng)用的具體需求，選擇與之相適應(yīng)的路由機制。
因此需要設(shè)計一種能夠通過均衡因子自適應(yīng)，針對不同的應(yīng)用任務(wù)來選取合適路由的能量高效的路由技術(shù)。
有鑒于此，在相關(guān)技術(shù)中提出了一種EAR(Energy Awarerouting，能量公平路由)協(xié)議(C.Rahul，J.Rabaey，“Energy AwareRouting for Low Energy Ad Hoc Sensor Networks，”IEEE WirelessCommunications and Networking Conference，vol.1，pp.350-355，March 17-21，2002.)，該協(xié)議是從能耗角度考慮網(wǎng)絡(luò)中的路由選擇，但是它并不是基于能耗最低的原則來選擇路由的。在相關(guān)技術(shù)的一些依據(jù)能耗最低原則來選擇路由的協(xié)議中，網(wǎng)絡(luò)在找出了能耗最低的路徑之后就一直利用該條路徑進行數(shù)據(jù)傳輸。但是這非常容易導(dǎo)致該條路徑的能量被快速地消耗殆盡，導(dǎo)致最壞的結(jié)果就是網(wǎng)絡(luò)分割，而無法繼續(xù)正常工作。因此EAR協(xié)議為了避免這種情況的出現(xiàn)，允許使用次優(yōu)路徑進行數(shù)據(jù)的傳輸。協(xié)議在目標節(jié)點和源節(jié)點之間找到多條可供數(shù)據(jù)傳輸使用的路徑，并且給每條路徑根據(jù)規(guī)則分配一個概率值。每次源節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)給目標節(jié)點時協(xié)議就根據(jù)概率值隨機地選擇一條路徑。很顯然EAR協(xié)議中不會一直使用一條路徑，這樣能使網(wǎng)絡(luò)能耗較為公平地分布在不同路徑上，保證網(wǎng)絡(luò)能更長時間地正常運作。
圖1示出了相關(guān)技術(shù)的EAR協(xié)議的流程圖，EA路由協(xié)議分為三個階段建立階段S102采用泛洪的方式來尋找網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點到目標節(jié)點的路由和路由所花費的能量成本，為數(shù)據(jù)傳輸建立路由表；數(shù)據(jù)傳輸階段S104根據(jù)路由表隨機地選擇路徑將數(shù)據(jù)從源節(jié)點發(fā)送給目標節(jié)點；以及路由維護階段S106對建立的路由進行維護。由于協(xié)議并不經(jīng)常采用泛洪的方式來保證路由的可用性，所以路由維護的成本很小。
然而，EAR協(xié)議通過對一組路徑進行維護，并且在不同的時間選擇不同的路徑來保證任何單條路徑上的能量都不會消耗得過快，以達到將網(wǎng)絡(luò)能耗平均分配、以及延長網(wǎng)絡(luò)生命周期的目的，因此EAR協(xié)議需要收集節(jié)點的位置信息，為每個節(jié)點分配一個地址，這必然使得協(xié)議的建立階段會非常復(fù)雜。
另外，在相關(guān)技術(shù)中還提出了一種GBR[2](Gradient-BasedRouting，基于梯度路由)協(xié)議(C.Schurgers and M.B.Srivastava，“Energy efficient routing in wireless sensor networks，”MILCOMProceedings on Communications for Network-Centric OperationsCreating the Information Force，2001.)，試圖通過平衡網(wǎng)絡(luò)中的流量分布，從而到達均衡網(wǎng)絡(luò)能耗，延長網(wǎng)絡(luò)正常運作時間的目的。
圖2示出了相關(guān)技術(shù)的GBR協(xié)議的流程圖，如圖所示，包括以下步驟首先S202，目標節(jié)點向網(wǎng)絡(luò)廣播自己的詢問，詢問攜帶了節(jié)點到達目標節(jié)點的跳數(shù)信息；其次S204，節(jié)點在收到詢問后會對跳數(shù)信息進行記錄并找出自己到達目標節(jié)點的最小跳數(shù)。節(jié)點和鄰節(jié)點之間最小跳數(shù)之差稱為二者的梯度；最后S206，節(jié)點在數(shù)據(jù)傳輸時就選擇和自己有著最大梯度的鄰節(jié)點作為下一跳。
GBR協(xié)議提出了三種不同的流量擴展方案，盡可能平衡分布網(wǎng)絡(luò)能耗方案1節(jié)點在傳輸數(shù)據(jù)時，隨機選擇鄰節(jié)點作為下一跳。如果節(jié)點和兩個或兩個以上的鄰節(jié)點之間具有相同的梯度，則協(xié)議規(guī)定節(jié)點從這幾個鄰節(jié)點中隨機地選擇一個鄰節(jié)點作為下一跳。
方案2如果節(jié)點的能量低于設(shè)定的下限比例時，節(jié)點就會將自己到目標節(jié)點的最小跳數(shù)提高，并通知鄰節(jié)點，減少或杜絕其它節(jié)點向自己發(fā)送數(shù)據(jù)的機會。當(dāng)然這必然迫使一些鄰節(jié)點也改變其最小跳數(shù)并通知其它鄰節(jié)點直至所有節(jié)點的梯度保持一致為止。因為協(xié)議要保證離目標節(jié)點更遠的鄰節(jié)點的最小跳數(shù)大于當(dāng)前節(jié)點。
方案3如果節(jié)點開始從某個鄰節(jié)點接收數(shù)據(jù)，它就會通知該鄰節(jié)點之外的其它鄰節(jié)點自己的最小跳數(shù)提高了。收到通知的鄰節(jié)點也會做出相應(yīng)調(diào)整以保證所有節(jié)點的梯度一致。這樣，新的數(shù)據(jù)就會選擇其它路徑進行傳輸而不影響已有數(shù)據(jù)的傳輸。
然而，GBR協(xié)議雖然采用流量擴展方法比隨機的方法能更好地延長網(wǎng)絡(luò)生命期，但是在采用擴展方法時，必須盡力避免使用網(wǎng)絡(luò)中的瓶頸節(jié)點，而且每個節(jié)點都要維護自己和鄰節(jié)點之間的梯度信息。
因此，人們需要一種適用于移動自組織網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)路由技術(shù)，能夠達到延長網(wǎng)絡(luò)生命期和平衡網(wǎng)絡(luò)能量消耗的目的，并解決上述相關(guān)技術(shù)中的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供用于移動自組織網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)路由方法和裝置，以解決相關(guān)技術(shù)中網(wǎng)絡(luò)生命期和網(wǎng)絡(luò)能量消耗的平衡問題。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種路由方法，包括以下步驟步驟a，建立起包括了鄰節(jié)點和當(dāng)前節(jié)點的親近度的路由表作為路由選擇的依據(jù)；以及步驟b，根據(jù)路由表，將源節(jié)點的數(shù)據(jù)路由到目標節(jié)點。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種路由裝置，包括路由表建立模塊，用于通過局部泛洪的方式建立起包括了鄰節(jié)點和當(dāng)前節(jié)點的親近度的路由表作為路由選擇的依據(jù)；以及路由模塊，用于根據(jù)路由表，將源節(jié)點的數(shù)據(jù)路由到目標節(jié)點。
通過上述技術(shù)方案，本發(fā)明實現(xiàn)了如下技術(shù)效果
在移動自組織網(wǎng)絡(luò)中，構(gòu)建者可以根據(jù)不同應(yīng)用的服務(wù)質(zhì)量要求，調(diào)整均衡因子，選取合適的路徑傳送數(shù)據(jù)，以達到延長網(wǎng)絡(luò)生命期，平衡網(wǎng)絡(luò)能量消耗的目的。具體來說，本發(fā)明1)在選擇路由時，綜合考慮了節(jié)點間距離和節(jié)點剩余能量，避免一直使用同一路徑導(dǎo)致的該路徑上節(jié)點能量消耗過快的現(xiàn)象；2)為任務(wù)管理者提供了一個方便便捷的調(diào)節(jié)窗口，通過對路由選擇準則函數(shù)中均衡因子的調(diào)整，可以根據(jù)不同應(yīng)用的具體要求在平均網(wǎng)絡(luò)能量消耗和延長網(wǎng)絡(luò)生命期之間找到合適的均衡點；3)網(wǎng)絡(luò)對一組路由進行維護，在路由選擇時只選擇合適的路徑而非最優(yōu)路徑，使得網(wǎng)絡(luò)拓撲盡可能的保持穩(wěn)定；4)減輕了網(wǎng)絡(luò)設(shè)計者不得不為每個應(yīng)用選擇不同路由方案的負擔(dān)；5)本方案中充分考慮了移動自組織網(wǎng)絡(luò)的能量限制，既能充分利用有限的能量資源，又能節(jié)省不必要的能量消耗；6)本方案具有可擴展性。網(wǎng)絡(luò)設(shè)計者可以根據(jù)不同應(yīng)用的具體需要，在路由選擇準則函數(shù)中加入其他的影響因素，例如路由跳數(shù)、傳輸遲延、無線鏈路的通信質(zhì)量等等；以及在未來不同類型的無線網(wǎng)絡(luò)融合環(huán)境下基于認知無線電模型依照新的路由指標(如信道感知能力，信道切換數(shù)，信道切換頻率)等端到端重配置路由設(shè)計。
7)本方案通過周期性地局部泛洪節(jié)點信息，能夠保證非頻繁移動情況下的路由穩(wěn)定性。
本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點可通過在所寫的說明書、權(quán)利要求書、以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)和獲得。


此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中圖1示出了相關(guān)技術(shù)的EAR協(xié)議的流程圖；圖2示出了相關(guān)技術(shù)的GBR協(xié)議的流程圖；圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的移動自組織網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)路由方法的流程圖；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的移動自組織網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)路由裝置的方框圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的節(jié)點完成路由功能和部分接入功能的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖；圖6是根據(jù)該實施例的節(jié)點中繼狀態(tài)圖；圖7是根據(jù)該實施例的節(jié)點路由維護狀態(tài)圖；圖8是根據(jù)該實施例的節(jié)點路由建立狀態(tài)圖；以及圖9是根據(jù)該實施例的節(jié)點消亡狀態(tài)圖。
具體實施例方式
下面將參考附圖并結(jié)合實施例，來詳細說明本發(fā)明。
在相關(guān)技術(shù)的EAR協(xié)議中，采用的是全局泛洪的方式來建立路由，雖然能夠達到將網(wǎng)絡(luò)能耗平均分配、以及延長網(wǎng)絡(luò)生命周期的目的，但是導(dǎo)致建立階段非常復(fù)雜。而GBR協(xié)議雖然采用流量擴展方法比隨機的方法能更好地延長網(wǎng)絡(luò)生命期，但是在采用擴展方法時，必須盡力避免使用網(wǎng)絡(luò)中的瓶頸節(jié)點，而且每個節(jié)點都要維護自己和鄰節(jié)點之間的梯度信息。
有鑒于此，本發(fā)明提出了一種局部泛洪的概念，提出在設(shè)定親近度所確定的局部范圍內(nèi)泛洪建立路由。為了設(shè)定親近度，本發(fā)明設(shè)計了一種自適應(yīng)功能模塊，該功能模塊將網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的剩余能量和節(jié)點之間的距離納入一個路由選擇準則函數(shù)，其考慮了無線自組織網(wǎng)絡(luò)能量的平均消耗和網(wǎng)絡(luò)生命期之間的均衡?？蛇x地，該路由選擇準則函數(shù)提供了調(diào)整接口均衡因子，可以通過調(diào)節(jié)均衡因子來調(diào)節(jié)能量的平均消耗和網(wǎng)絡(luò)生命期之間的均衡。
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的移動自組織網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)路由方法的流程圖，圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的移動自組織網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)路由裝置的方框圖。
如圖3所示，根據(jù)本發(fā)明的移動自組織網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)路由方法包括以下步驟步驟S302，路由建立階段，通過局部泛洪的方式建立起一份包括了鄰節(jié)點和當(dāng)前節(jié)點的親近度的路由表作為路由選擇的依據(jù)。通過依次拓展，網(wǎng)絡(luò)對一組路由進行維護，建立起網(wǎng)絡(luò)中每個節(jié)點到目標節(jié)點的路徑。網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)奶綔y信息主要用于確定節(jié)點之間的距離和節(jié)點最大剩余能量，以此來計算出親近度。
可選地，節(jié)點間的親近度用fji描述，其計算式由如下的路由選擇準則函數(shù)完成fji=(1/dji)kα(Ei)(1-α).]]>其中，α為均衡因子，數(shù)值范圍為
之間的值；dji為節(jié)點間的距離，它在準則函數(shù)中承擔(dān)延長網(wǎng)絡(luò)生命期的作用；Ei為下一中繼備選節(jié)點的剩余能量，它在準則函數(shù)中承擔(dān)平均分配網(wǎng)絡(luò)能量消耗的作用。k在不同的無線傳輸環(huán)境中取值不同，一般在[2，4]之間取值。
親近度是和均衡因子密切相關(guān)的量，通過改變均衡因子，可以使親近度更著重反映不同參考因子的影響。例如，α趨向于零表示剩余能量作為路由選取的主要標準，此時網(wǎng)絡(luò)重點考慮將消耗的能量平均分布。這一點對于要求全網(wǎng)穩(wěn)定周期較長的應(yīng)用非常必要。而偏向每次任務(wù)低能耗的應(yīng)用則要求α趨向于1。這兩種任務(wù)都可以在全網(wǎng)初始化階段設(shè)定α的初始值來達到要求，而無須改變選取函數(shù)的具體形式。當(dāng)然，參考因子并不僅僅局限于通信距離和剩余能量，可以根據(jù)需要進行替換或增加以適應(yīng)不同應(yīng)用的要求。比如利用全網(wǎng)生命最長與面向應(yīng)用的自適應(yīng)路由準則來計算親近度。
步驟S304，數(shù)據(jù)傳輸階段，根據(jù)路由表，將源節(jié)點的數(shù)據(jù)路由到目標節(jié)點。具體來說，當(dāng)源節(jié)點需要傳輸數(shù)據(jù)時，它就選擇路由表中和自己的親近度最大的鄰節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)。中繼節(jié)點在收到數(shù)據(jù)之后，也會在路由表中選擇親近度最大的鄰節(jié)點繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)，如此反復(fù)，直到數(shù)據(jù)到達目標節(jié)點。
步驟S306，路由維護階段，在本方案中路徑維護的成本是很小的，只需要周期性地通過局部泛洪方式進行消息傳遞，對路由表加以更新。路由表因為節(jié)點存儲能力的有限必須限定在一定大小范圍內(nèi)，這可以在初始化建立路由表的過程中根據(jù)特定準則選取部分節(jié)點保留。
通過以上描述可以得知，根據(jù)本發(fā)明的路由方法，包括以下步驟步驟S302，建立包括鄰節(jié)點和當(dāng)前節(jié)點的親近度的路由表；以及步驟S304，根據(jù)路由表，將源節(jié)點的數(shù)據(jù)路由到目標節(jié)點。
可選地，步驟S302包括以下步驟利用節(jié)點之間的距離和節(jié)點最大剩余能量來計算親近度。
可選地，距離越大，則親近度越小。
可選地，最大剩余能量越大，則親近度越大。
可選地，親近度與距離之間存在第一函數(shù)關(guān)系，親近度與最大剩余能量之間存在第二函數(shù)關(guān)系，第一函數(shù)關(guān)系和第二函數(shù)關(guān)系中均包括同一個均衡因子。
可選地，利用以下函數(shù)計算親近度fji=(1/dji)kα(Ei)(1-α),]]>其中，α為均衡因子，數(shù)值范圍為
之間；dji為距離；Ei最大剩余能量；k根據(jù)不同的無線傳輸環(huán)境來取值。
可選地，步驟S302包括以下步驟利用全網(wǎng)生命最長與面向應(yīng)用的自適應(yīng)路由準則來計算親近度。
可選地，步驟S302包括通過局部泛洪的方式建立路由表。
可選地，步驟S302包括以下步驟節(jié)點廣播信息并等待反饋，反饋信息中包含鄰節(jié)點的最大剩余能量信息；以及節(jié)點通過反饋信息的接收功率判斷鄰節(jié)點和自己的距離。
可選地，步驟S302還包括以下步驟如果路由表中的前向路由節(jié)點集合為空，那么增大發(fā)射功率，繼續(xù)廣播信息并等待反饋，直到發(fā)射功率達到上限，如果發(fā)射功率達到上限而前向路由節(jié)點仍然為空，那么使節(jié)點轉(zhuǎn)入節(jié)點消亡狀態(tài)。
可選地，步驟S304包括以下步驟源節(jié)點選擇路由表中和自己的親近度最大的鄰節(jié)點作為中繼節(jié)點，并向其發(fā)送數(shù)據(jù)；以及中繼節(jié)點在收到數(shù)據(jù)之后，也在路由表中選擇親近度最大的鄰節(jié)點繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)，如此反復(fù)，直到數(shù)據(jù)到達目標節(jié)點。
可選地，根據(jù)本發(fā)明的路由方法還包括以下步驟步驟S306，周期性地通過局部泛洪方式進行消息傳遞，對路由表加以更新。
可選地，步驟S306包括以下步驟首先檢查節(jié)點的能量水平是否低于下限，如果其低于正常能量水平，則根據(jù)接收到的其他節(jié)點信息維護路由表，修正其中相應(yīng)的參數(shù)；如果路由表中的前向路由節(jié)點集合為空，則節(jié)點必須調(diào)整發(fā)射功率，并重新建立路由表。
如圖4所示，根據(jù)本發(fā)明的用于移動自組織網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)路由裝置400包括路由表建立模塊402，用于通過局部泛洪的方式建立起包括了鄰節(jié)點和當(dāng)前節(jié)點的親近度的路由表作為路由選擇的依據(jù)；以及路由模塊404，用于根據(jù)路由表，將源節(jié)點的數(shù)據(jù)路由到目標節(jié)點。
可選地，路由表建立模塊利用節(jié)點之間的距離和節(jié)點最大剩余能量來計算親近度。
可選地，距離越大，則親近度越小。
可選地，最大剩余能量越大，則親近度越大。
可選地，親近度與距離之間存在第一函數(shù)關(guān)系，親近度與最大剩余能量之間存在第二函數(shù)關(guān)系，第一函數(shù)關(guān)系和第二函數(shù)關(guān)系中均包括同一個均衡因子。
可選地，利用以下函數(shù)計算親近度fji=(1/dji)kα(Ei)(1-α)]]>其中，α為均衡因子，數(shù)值范圍為
之間；dji為距離；Ei最大剩余能量；k根據(jù)不同的無線傳輸環(huán)境來取值。
可選地，k在[2，4]之間。
可選地，路由表建立模塊利用全網(wǎng)生命最長與面向應(yīng)用的自適應(yīng)路由準則來計算親近度。
可選地，路由表建立模塊包括最大剩余能量信息獲取模塊(未示出)，用于使節(jié)點廣播信息并等待反饋，反饋信息中包含鄰節(jié)點的最大剩余能量信息。
可選地，路由表建立模塊還包括距離判斷模塊(未示出)，用于使節(jié)點通過反饋信息的接收功率判斷鄰節(jié)點和自己的距離。
可選地，路由表建立模塊還包括增大功率模塊(未示出)，用于如果路由表中的前向路由節(jié)點集合為空，那么增大發(fā)射功率，繼續(xù)廣播信息并等待反饋，直到發(fā)射功率達到上限，如果發(fā)射功率達到上限而前向路由節(jié)點仍然為空，那么使節(jié)點轉(zhuǎn)入節(jié)點消亡狀態(tài)。
可選地，路由模塊使源節(jié)點選擇路由表中和自己的親近度最大的鄰節(jié)點作為中繼節(jié)點，并向其發(fā)送數(shù)據(jù)；以及使中繼節(jié)點在收到數(shù)據(jù)之后，也在路由表中選擇親近度最大的鄰節(jié)點繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)，如此反復(fù)，直到數(shù)據(jù)到達目標節(jié)點。
可選地，還包括路由維護模塊406，用于周期性地通過局部泛洪方式進行消息傳遞，對路由表加以更新。
可選地，路由維護模塊首先檢查節(jié)點的能量水平是否低于下限，如果其低于正常能量水平，則根據(jù)接收到的其他節(jié)點信息維護路由表，修正其中相應(yīng)的參數(shù)；如果路由表中的前向路由節(jié)點集合為空，則節(jié)點必須調(diào)整發(fā)射功率，并重新建立路由表。
下面將結(jié)合圖5至圖9來說明根據(jù)本發(fā)明的一個實施例。
圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的節(jié)點完成路由功能和部分接入功能的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。在這里，標示出部分接入功能的目的是盡可能完整地說明算法。
在圖5的狀態(tài)圖中包括以下步驟初始化(INI)步驟S502、路由建立(SETUP)步驟S504、路由維護(MAINTEIN)步驟S506、等待(WAIT)步驟S508、中繼(RELAY)步驟S510、廣播(RADIO)步驟S512、節(jié)點消亡(DIE)S514和結(jié)束(END)步驟S516。這些步驟之間的切換流程如圖5所示，這里不再贅述。
圖6是根據(jù)該實施例的節(jié)點中繼狀態(tài)圖；圖7是根據(jù)該實施例的節(jié)點路由維護狀態(tài)圖；圖8是根據(jù)該實施例的節(jié)點路由建立狀態(tài)圖；圖9是根據(jù)該實施例的節(jié)點消亡狀態(tài)圖。
根據(jù)圖5至圖9，其具體過程如下1)初始化(INI)S502和結(jié)束(END)步驟S516
初始化狀態(tài)下，節(jié)點上電，根據(jù)需要分配存儲單元，并將變量設(shè)定為初始值；而節(jié)點進入結(jié)束狀態(tài)后，對必要的數(shù)據(jù)進行保存后，關(guān)閉電源。
2)路由建立(SETUP)步驟S504在路由建立狀態(tài)，節(jié)點首先要確定通信功率。在初始化狀態(tài)，節(jié)點的通信功率被設(shè)定為初始值。節(jié)點在通信范圍內(nèi)廣播信息并等待反饋。反饋信息中包含鄰節(jié)點的能量信息，當(dāng)前節(jié)點通過反饋信息的接收功率可以判斷鄰節(jié)點和當(dāng)前節(jié)點的距離。當(dāng)前節(jié)點的路由表通過鄰節(jié)點的能量和節(jié)點間的距離建立。如果路由表中的前向路由節(jié)點集合為空，那么必須增大發(fā)射功率，重新開始前面的建立過程，直到發(fā)射功率達到上限。如果發(fā)射功率達到上限而前向路由節(jié)點仍然為空，說明當(dāng)前節(jié)點已經(jīng)處于孤立狀態(tài)，那么當(dāng)前節(jié)點轉(zhuǎn)入節(jié)點消亡狀態(tài)。
3)路由維護(MAINTEIN)步驟S506路由維護狀態(tài)首先檢查當(dāng)前節(jié)點的能量水平是否低于下限，如果當(dāng)前節(jié)點低于正常能量水平，則需要根據(jù)廣播信道接收到的其他節(jié)點信息維護路由列表，修正列表中相應(yīng)的參數(shù)。如果路由列表中的前向路由節(jié)點集合為空，該節(jié)點必須調(diào)整發(fā)射功率，并重新建立路由表。
4)中繼(RELAY)狀態(tài)步驟S510當(dāng)收到中繼請求時，節(jié)點由等待狀態(tài)轉(zhuǎn)入中繼狀態(tài)。節(jié)點首先根據(jù)選擇函數(shù)計算路由表中所有前向節(jié)點的親近度，并從中選取親近度最大的前向路由節(jié)點作為下一個中繼節(jié)點。選擇合適的下一個中繼節(jié)點后，當(dāng)前節(jié)點從源節(jié)點接收數(shù)據(jù)并傳遞數(shù)據(jù)。如此反復(fù)對路由表進行維護。
5)節(jié)點消亡(DIE)狀態(tài)步驟S514當(dāng)節(jié)點能量耗盡或處于孤立狀態(tài)時，節(jié)點進入消亡狀態(tài)。節(jié)點將此信息向周圍節(jié)點廣播后，進入結(jié)束狀態(tài)。
6)等待(WAIT)S508和廣播(RADIO)狀態(tài)步驟S512在這兩個狀態(tài)中，節(jié)點周期性監(jiān)聽廣播信道的控制信息或鄰節(jié)點廣播的屬性信息(包括節(jié)點消亡信息、剩余能量屬性等)。在收到相應(yīng)信息后，節(jié)點轉(zhuǎn)入相應(yīng)的處理過程。
根據(jù)以上所述，以路徑和能耗進行二維聯(lián)合優(yōu)化，并且給出了實施方案和具體的判決準則函數(shù)，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，顯然可以對此作些局部修改，但這并不脫離本發(fā)明的精神范圍。
已有的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由算法中有部分算法(如標準EAR算法和能量擴展的GBR算法等)分別考慮了最短路徑和剩余能量兩方面。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的能量都很充足的時候，路由的選擇應(yīng)該傾向于消耗能量最小的路徑；而當(dāng)網(wǎng)絡(luò)運行一段時間后，路由的選擇就會越來越傾向于如何避免使用剩余能量較少的節(jié)點了。本發(fā)明提出的聯(lián)合優(yōu)化方案是針對這路徑距離和能量兩者之間進行權(quán)衡。
從以上的描述中，可以看出，本發(fā)明實現(xiàn)了在移動自組織網(wǎng)絡(luò)中，構(gòu)建者可以根據(jù)不同應(yīng)用的服務(wù)質(zhì)量要求，調(diào)整均衡因子，選取合適的路徑傳送數(shù)據(jù)，以達到延長網(wǎng)絡(luò)生命期，平衡網(wǎng)絡(luò)能量消耗的目的。具體來說，包括如下技術(shù)效果
1)在選擇路由時，綜合考慮了節(jié)點間距離和節(jié)點剩余能量，避免一直使用同一路徑導(dǎo)致的該路徑上節(jié)點能量消耗過快的現(xiàn)象；2)為任務(wù)管理者提供了一個方便便捷的調(diào)節(jié)窗口，通過對路由選擇準則函數(shù)中均衡因子的調(diào)整，可以根據(jù)不同應(yīng)用的具體要求在平均網(wǎng)絡(luò)能量消耗和延長網(wǎng)絡(luò)生命期之間找到合適的均衡點；3)網(wǎng)絡(luò)對一組路由進行維護，在路由選擇時只選擇合適的路徑而非最優(yōu)路徑，使得網(wǎng)絡(luò)拓撲盡可能的保持穩(wěn)定；4)減輕了網(wǎng)絡(luò)設(shè)計者不得不為每個應(yīng)用選擇不同路由方案的負擔(dān)；5)本方案中充分考慮了移動自組織網(wǎng)絡(luò)的能量限制，既能充分利用有限的能量資源，又能節(jié)省不必要的能量消耗；6)本方案具有可擴展性。網(wǎng)絡(luò)設(shè)計者可以根據(jù)不同應(yīng)用的具體需要，在路由選擇準則函數(shù)中加入其他的影響因素，例如路由跳數(shù)、傳輸遲延、無線鏈路的通信質(zhì)量等等；以及在未來不同類型的無線網(wǎng)絡(luò)融合環(huán)境下基于認知無線電模型依照新的路由指標(如信道感知能力，信道切換數(shù)，信道切換頻率)等端到端重配置路由設(shè)計。
7)本方案通過周期性地局部泛洪節(jié)點信息，能夠保證非頻繁移動情況下的路由穩(wěn)定性。
顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明白，上述的本發(fā)明的各模塊或各步驟可以用通用的計算裝置來實現(xiàn)，它們可以集中在單個的計算裝置上，或者分布在多個計算裝置所組成的網(wǎng)絡(luò)上，可選地，它們可以用計算裝置可執(zhí)行的程序代碼來實現(xiàn)，從而，可以將它們存儲在存儲裝置中由計算裝置來執(zhí)行，或者將它們分別制作成各個集成電路模塊，或者將它們中的多個模塊或步驟制作成單個集成電路模塊來實現(xiàn)。這樣，本發(fā)明不限制于任何特定的硬件和軟件結(jié)合。應(yīng)該明白，這些具體實施中的變化對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是顯而易見的，不脫離本發(fā)明的精神保護范圍。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種路由方法，其特征在于，包括以下步驟步驟a，建立包括鄰節(jié)點和當(dāng)前節(jié)點的親近度的路由表；以及步驟b，根據(jù)所述路由表，將源節(jié)點的數(shù)據(jù)路由到目標節(jié)點。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的路由方法，其特征在于，所述步驟a包括以下步驟利用節(jié)點之間的距離和節(jié)點最大剩余能量來計算所述親近度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的路由方法，其特征在于，所述距離越大，則所述親近度越小。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的路由方法，其特征在于，所述最大剩余能量越大，則所述親近度越大。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的路由方法，其特征在于，所述親近度與所述距離之間存在第一函數(shù)關(guān)系，所述親近度與所述最大剩余能量之間存在第二函數(shù)關(guān)系，所述第一函數(shù)關(guān)系和所述第二函數(shù)關(guān)系中均包括同一個均衡因子。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的路由方法，其特征在于，利用以下函數(shù)計算所述親近度fji=(1dji)kα(Ei)(1-α)]]>其中，α為所述均衡因子，數(shù)值范圍為
之間；dji為所述距離；Ei所述最大剩余能量；k根據(jù)不同的無線傳輸環(huán)境來取值。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的路由方法，其特征在于，所述步驟a包括以下步驟利用全網(wǎng)生命最長與面向應(yīng)用的自適應(yīng)路由準則來計算所述親近度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的路由方法，其特征在于，所述步驟a包括通過局部泛洪的方式建立所述路由表。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的路由方法，其特征在于，所述步驟a包括以下步驟節(jié)點廣播信息并等待反饋，反饋信息中包含鄰節(jié)點的最大剩余能量信息；以及所述節(jié)點通過反饋信息的接收功率判斷鄰節(jié)點和自己的距離。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的路由方法，其特征在于，所述步驟a還包括以下步驟如果所述路由表中的前向路由節(jié)點集合為空，那么增大發(fā)射功率，繼續(xù)廣播信息并等待反饋，直到發(fā)射功率達到上限，如果發(fā)射功率達到上限而前向路由節(jié)點仍然為空，那么使所述節(jié)點轉(zhuǎn)入節(jié)點消亡狀態(tài)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的路由方法，其特征在于，所述步驟b包括以下步驟步驟b1，所述源節(jié)點選擇所述路由表中和自己的親近度最大的鄰節(jié)點作為中繼節(jié)點，并向其發(fā)送數(shù)據(jù)；以及步驟b2，所述中繼節(jié)點在收到數(shù)據(jù)之后，也在所述路由表中選擇親近度最大的鄰節(jié)點繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)，如此反復(fù)，直到數(shù)據(jù)到達所述目標節(jié)點。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的路由方法，其特征在于，還包括以下步驟步驟c，周期性地通過局部泛洪方式進行消息傳遞，對所述路由表加以更新。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的路由方法，其特征在于，所述步驟c包括以下步驟首先檢查節(jié)點的能量水平是否低于下限，如果其低于正常能量水平，則根據(jù)接收到的其他節(jié)點信息維護所述路由表，修正其中相應(yīng)的參數(shù)；如果所述路由表中的前向路由節(jié)點集合為空，則所述節(jié)點必須調(diào)整發(fā)射功率，并重新建立所述路由表。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至13中任一項所述的路由方法，其特征在于，應(yīng)用于移動自組織網(wǎng)絡(luò)中。
15.一種路由裝置，其特征在于，包括路由表建立模塊，用于建立包括鄰節(jié)點和當(dāng)前節(jié)點的親近度的路由表；以及路由模塊，用于根據(jù)所述路由表，將源節(jié)點的數(shù)據(jù)路由到目標節(jié)點。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的路由裝置，其特征在于，所述路由表建立模塊利用節(jié)點之間的距離和節(jié)點最大剩余能量來計算所述親近度。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的路由裝置，其特征在于，所述親近度與所述距離之間存在第一函數(shù)關(guān)系，所述親近度與所述最大剩余能量之間存在第二函數(shù)關(guān)系，所述第一函數(shù)關(guān)系和所述第二函數(shù)關(guān)系中均包括同一個均衡因子。
18.根據(jù)權(quán)利要求18所述的路由裝置，其特征在于，利用以下函數(shù)計算所述親近度fji=(1dji)kα(Ei)(1-α)]]>其中，α為所述均衡因子，數(shù)值范圍為
之間；dji為所述距離；Ei所述最大剩余能量；k根據(jù)不同的無線傳輸環(huán)境來取值，且所述k在[2，4]之間。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的路由裝置，其特征在于，還包括路由維護模塊，用于周期性地通過局部泛洪方式進行消息傳遞，對所述路由表加以更新。
20.根據(jù)權(quán)利要求15至19中任一項所述的路由裝置，其特征在于，應(yīng)用于移動自組織網(wǎng)絡(luò)中。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種路由方法，包括以下步驟步驟a，建立起包括了鄰節(jié)點和當(dāng)前節(jié)點的親近度的路由表作為路由選擇的依據(jù)；以及步驟b，根據(jù)路由表，將源節(jié)點的數(shù)據(jù)路由到目標節(jié)點。本發(fā)明還提供了一種路由裝置。
文檔編號H04L29/06GK1960329SQ200610111960
公開日2007年5月9日 申請日期2006年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月28日
發(fā)明者曾澄, 韓思恩, 徐平平 申請人:華為技術(shù)有限公司, 東南大學(xué)