專利名稱：基于能量收集技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)兩跳多路徑路由方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于能量收集技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)兩跳多路徑路由方法。
背景技術(shù)：
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks，WSNs)，由于其高度的學(xué)科交叉性和廣泛的應(yīng)用前景受到世界各地學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的高度關(guān)注。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)被廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域來處理敏感的信息，應(yīng)用場景包括軍事、工業(yè)、家庭、醫(yī)療、海洋等環(huán)境的監(jiān)測等諸多領(lǐng)域。WSNs節(jié)點的能量、處理能力、通信能力十分有限，易因能量耗盡而死亡，這就要求 WSNs在提供一定服務(wù)的條件下盡可能降低節(jié)點能源消耗，提高網(wǎng)絡(luò)的生命周期。而且網(wǎng)絡(luò)節(jié)點多部署于無人維護(hù)、條件惡劣的環(huán)境當(dāng)中，且大多數(shù)情況下傳感節(jié)點都是一次性使用， 能量問題成為了制約無線傳感器網(wǎng)絡(luò)生存時間的重要問題。研究如何從環(huán)境中有效地采集和儲存能源能量的收集方法越來越受到研究者的重視。幾年來，科學(xué)家進(jìn)行了一些研究，取得了一些進(jìn)展，其中利用太陽能收集器成為了研究的熱點。鑒于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于特殊場合時，電源不可更換，為了克服遠(yuǎn)程無線傳感器網(wǎng)絡(luò)面臨的電池工作時間短的問題，美國Millennial Net公司已經(jīng)將其i-Bean無線技術(shù)與來自新興公司i^erro Solutions的“能量獲得(energy harvesting) ”技術(shù)結(jié)合在一起?，F(xiàn)有的采能技術(shù)已經(jīng)能為節(jié)點提供適量的能量補(bǔ)給，從而使得WSN中節(jié)點的能量水平相應(yīng)地起伏變化，而目前已有的地理路由協(xié)議雖然能較好地符合WSNs協(xié)議設(shè)計的目標(biāo)，但都未能考慮節(jié)點的能量補(bǔ)給問題，所以需要針對節(jié)點能夠通過周圍的環(huán)境(如太陽能、車輛或橋梁的振動等)實現(xiàn)能量的采集的WSNs， 提出了一種具有能量收集技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)地理路由協(xié)議。經(jīng)對現(xiàn)有文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，相關(guān)文獻(xiàn)如下1. I. Stojmenovic 在 2001 年((Transactions on Parallel and Distributed Systems))中的"Loop—free hybrid single-path/flooding routing algorithms with guaranteed delivery for wireless networks”的一文，提出將傳統(tǒng)依賴于單跳鄰居信息的地理路由GEWR擴(kuò)展到兩跳GEDIR-2，對比發(fā)現(xiàn)基于兩跳鄰節(jié)點信息的地理路由有助于提高數(shù)據(jù)包的成功發(fā)送率等性能。2. A. Kansal在2003年于國際低功耗電子學(xué)與設(shè)計年會上發(fā)表了 “An environmental energy harvesting framework for sensor networks，，一文，首次提出了一種傳感器網(wǎng)絡(luò)從周圍環(huán)境中獲取能量的分布式架構(gòu)，使系統(tǒng)能夠更加有效地利用外界能源，很好地補(bǔ)充了睡眠模式和基于剩余能量的調(diào)度機(jī)制。基于此架構(gòu)的路由研究表明該架構(gòu)能夠利用外部能源，有效延長了網(wǎng)絡(luò)生命周期。3· T. Voigt 于2003年在“The 28th Annual IEEE Conference on Local Computer Networks (LCN)，，發(fā)表了‘‘Utilizing solar power in wireless sensor networks，，一文， 設(shè)計了兩種基于太陽能的路由協(xié)議，并通過仿真模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩種基于太陽能的路由協(xié)議顯示了顯著的節(jié)能效果。
4. Lei Shu 在《Telecommunication Systems》中發(fā)表了 “TPGF :geographic routing in wireless multimedia sensor networks”一文,提出針對無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)的TPGF多路徑協(xié)議，利用節(jié)點的一跳鄰居節(jié)點信息發(fā)現(xiàn)路由，避免了局部優(yōu)化問題，并可以有效發(fā)現(xiàn)最短路徑、降低路由時延，并且實現(xiàn)了在路由空洞存在的情況下路由的發(fā)現(xiàn)。 但是對網(wǎng)絡(luò)能耗這一因素尚未考慮。5. Zhuxiu Yuan T 2010"Insights on Energy Consumption of the CKN Sleep Scheduling Algorithm in Wireless Sensor Networks” 的一篇論文中提出了網(wǎng)絡(luò)節(jié)點以占空比調(diào)度睡眠的機(jī)制來延長網(wǎng)絡(luò)壽命EC-CKN的算法。并將節(jié)點的剩余能量水平作為判斷是否睡眠的標(biāo)準(zhǔn)，避免部分節(jié)點過度消耗而失效造成的網(wǎng)絡(luò)失效。綜上所述，雖然地理路由研究取得了很大進(jìn)展并且在越來越多的應(yīng)用中表現(xiàn)出較好性能，但還有一些問題有待于進(jìn)一步研究1.由于能量在無線傳感網(wǎng)中的重要性，各國學(xué)者提出了各種基于能量感知、全網(wǎng)優(yōu)化、延長整個網(wǎng)絡(luò)壽命的各種協(xié)議，但都未充分考慮到無線傳感節(jié)點采用能量采集技術(shù)作為能量更新和補(bǔ)充的手段的情況，必須設(shè)計與之相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，才能達(dá)到無線傳感節(jié)點永久壽命與無線傳感網(wǎng)絡(luò)永久使用的最終目的。2.傳統(tǒng)地理路由大多依賴于單跳鄰居節(jié)點信息來進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。然而研究表明， 基于兩跳或多跳鄰居信息的路由可以獲得更好的性能。因此我們假設(shè)每個節(jié)點都能獲取其兩跳鄰居信息進(jìn)行路由。3.基于不同的度量標(biāo)準(zhǔn)在中選擇下一跳節(jié)點，所得到的路由算法具有不同的性能。傳統(tǒng)做法是選取距離目的節(jié)點最近的節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)，從而使到達(dá)目的節(jié)點時跳數(shù)最少，但是這樣會造成選取的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點距離當(dāng)前節(jié)點較遠(yuǎn)，鏈路的可靠性較差的情況，有必要針對不同的應(yīng)用需求設(shè)計相應(yīng)的轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制。4.傳統(tǒng)路由算法，在地理環(huán)境因素的影響和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點密度低的情況下，會出現(xiàn)節(jié)點找不到距離目標(biāo)節(jié)點更近的鄰節(jié)點來作為下一跳節(jié)點的現(xiàn)象，即局部最優(yōu)化問題，也稱為路由空洞。因此需要設(shè)計出避免路由空洞的新型算法。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷和空白，本發(fā)明提供了一種基于能量收集和算法更優(yōu)的兩跳多路徑路由方法的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明建立了一種基于能量收集技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)兩跳多路徑路由方法，所述無線傳感器包括基站和多個節(jié)點，每個所述節(jié)點均包括無線傳感器，所述節(jié)點還包括能量收集裝置，所述能量收集裝置為所述無線傳感器補(bǔ)充能量，其特征在于所述兩跳多路徑路由方法采用的轉(zhuǎn)發(fā)標(biāo)準(zhǔn)有三種，根據(jù)實際網(wǎng)絡(luò)的狀況和測試比較的結(jié)果，選取其中最佳的方案。首先，設(shè)任意節(jié)點Vi的傳輸半徑為r，其一跳、兩跳鄰居節(jié)點集分別為Nlh。p(Vi)，N2h。p(Vi)，處于活動狀態(tài)的一跳、兩跳鄰居節(jié)點集為Activelhtjp(Vi)， Active2hop(Yi)，網(wǎng)絡(luò)中任意兩節(jié)點Vi，Vj間的實際距離記為Disti, JO節(jié)點根據(jù)不同轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制選擇下一跳節(jié)點，已適應(yīng)不同的應(yīng)用需求，將該路由方法中選擇下一跳節(jié)點的標(biāo)準(zhǔn)記為 0ptimalnexth。p。三種轉(zhuǎn)發(fā)標(biāo)準(zhǔn) 0ptimalnexth。p 為①0ptimalnexth。p = min (Distijdestination}，選擇距離目的節(jié)點最近的節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)。該設(shè)計是在鏈路可靠的情況下地理路由貪婪轉(zhuǎn)發(fā)策略的原始做法，考慮到實際應(yīng)用中鏈路的不可靠性、信道的不規(guī)則性等因素的影響，需要對此設(shè)計有進(jìn)一步的改進(jìn)；② Optimalnexthop = min (Distsourcej i +. . . +Distj
，destination }，選擇到達(dá)目的節(jié)點最短
距離的節(jié)點進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。該設(shè)計的目標(biāo)是發(fā)現(xiàn)源節(jié)點到達(dá)目的節(jié)點的最短路徑，從而有效減少傳輸時延，此設(shè)計可能造成部分節(jié)點長時間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸而失效，即“熱區(qū)”的出現(xiàn)，易造成路由空洞現(xiàn)象。③0ptimalnexth。p = max (CurrenOnergy^Distij destiantion,綜合考慮節(jié)點間的距離、 節(jié)點剩余能量、能量補(bǔ)給速率、消耗速率，選擇使得轉(zhuǎn)發(fā)效果最佳的節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)。優(yōu)選的，所述節(jié)點以占空比睡眠調(diào)度方法定期調(diào)節(jié)自身所處的狀態(tài)，所述狀態(tài)包括睡眠和活躍。優(yōu)選的，每個節(jié)點可以獲取基站和自己的一跳、兩跳鄰居節(jié)點的位置信息，以及一跳、兩跳鄰居節(jié)點的由節(jié)點剩余能量(ResidualEnergy)、補(bǔ)給速率(HarVeSt_Energy)、消耗速率(ConsunnEnergy)。所述占空比睡眠調(diào)度方法根據(jù)以下公式估測得到的當(dāng)前能量水平為 Current—Energy = α Harvest—Energy+ β Residual—Energy- γ Consume—Energy，其中 α+β + Υ =1。然后，根據(jù)當(dāng)前能量水平，節(jié)點周期性地調(diào)節(jié)自身所處狀態(tài)，如果當(dāng)前能量水平低于設(shè)定值時，當(dāng)前節(jié)點狀態(tài)設(shè)為睡眠，否則設(shè)為活躍。優(yōu)選的，兩跳多路徑路由方法包括路由發(fā)現(xiàn)階段和路由優(yōu)化階段，所述路由發(fā)現(xiàn)階段查找由源節(jié)點到基站的路徑，其步驟包括步驟1.檢查當(dāng)前節(jié)點是否存在處于活躍狀態(tài)的一跳鄰居節(jié)點若不存在，則由當(dāng)前節(jié)點發(fā)送非確認(rèn)幀，并把當(dāng)前節(jié)點標(biāo)記為斷點，然后回退到當(dāng)前節(jié)點的上一跳節(jié)點處，重復(fù)步驟1 ；若存在，判斷基站是否在當(dāng)前節(jié)點一跳范圍內(nèi)，若在一跳范圍內(nèi)，則直接建立路徑，否則轉(zhuǎn)入步驟2 ；步驟2.判斷基站是否在當(dāng)前節(jié)點的兩跳范圍內(nèi)，若在兩跳范圍內(nèi)，則當(dāng)前節(jié)點從其一跳鄰居節(jié)點中根據(jù)所述轉(zhuǎn)發(fā)標(biāo)準(zhǔn)選擇下一跳節(jié)點作為中間轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點；若不在當(dāng)前節(jié)點的兩跳范圍內(nèi)，則轉(zhuǎn)入步驟3 ；步驟3.判斷當(dāng)前節(jié)點是否存在處于活躍狀態(tài)的一跳、兩跳鄰居節(jié)點若存在，則從其一跳、兩跳鄰居節(jié)點選擇距離基站最近的一跳或兩跳鄰居節(jié)點作為轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點；若選擇的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點為一跳節(jié)點，直接轉(zhuǎn)發(fā)；若選擇了選擇的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點為兩跳節(jié)點，則需從其一跳鄰居節(jié)點中根據(jù)所述轉(zhuǎn)發(fā)標(biāo)準(zhǔn)選擇下一跳節(jié)點的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點；以轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點為當(dāng)前節(jié)點重復(fù)步驟 1。優(yōu)選的，所述路由發(fā)現(xiàn)階段查找由源節(jié)點到基站的路徑后，所述路由優(yōu)化階段對該路徑進(jìn)行優(yōu)化，其步驟包括步驟4.給該路徑中每個節(jié)點依次分配一個遞減的標(biāo)簽號；步驟5.由基站通過此未優(yōu)化路徑反向發(fā)送確認(rèn)幀至源節(jié)點，此過程中執(zhí)行基于標(biāo)簽的路由優(yōu)化過程；路徑中任意節(jié)點只能將確認(rèn)幀轉(zhuǎn)發(fā)給與自身具有相同路徑號和具有最大標(biāo)簽號的節(jié)點，消除路由環(huán)路組成由源節(jié)點到基站的最短路徑作為優(yōu)化后的路徑，并清除未選中的節(jié)點上的標(biāo)簽號和路徑序號。優(yōu)選的，所述兩跳多路徑路由方法還包括重復(fù)階段，所述重復(fù)階段重復(fù)所述路由發(fā)現(xiàn)階段和路由優(yōu)化階段，從而從未選中節(jié)點上查找其他由源節(jié)點到基站的路徑。通過重復(fù)進(jìn)行以上路由發(fā)現(xiàn)階段和路由優(yōu)化階段，即可發(fā)現(xiàn)多條不相交的優(yōu)化路徑。數(shù)據(jù)包沿此優(yōu)化路徑傳輸。優(yōu)選的，所述能量收集裝置采用太陽能取電、溫差取電或依賴機(jī)械運動引發(fā)能量轉(zhuǎn)換技術(shù)產(chǎn)生電能為所述無線傳感器補(bǔ)充能量。太陽能取電是目前所有能量采集技術(shù)中最具有吸引力與最可能廣泛應(yīng)用的技術(shù)。本發(fā)明所達(dá)到的有益效果是對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的能量管理從節(jié)能與供能兩個方面去解決。首先，引入了節(jié)點睡眠調(diào)度機(jī)制，減少了空閑監(jiān)聽的能耗，提高網(wǎng)絡(luò)資源的利用率，盡可能延長整個網(wǎng)絡(luò)的壽命；其次，為保證整個網(wǎng)絡(luò)持續(xù)可靠地工作，對從環(huán)境中采集和儲存能量的角度進(jìn)行了研究，設(shè)計了基于能量采集的路由方法。此外，對傳統(tǒng)地理路由存在路由空洞的缺陷，進(jìn)行了全新的設(shè)計。根據(jù)不同的應(yīng)用需求和應(yīng)用環(huán)境，設(shè)計了基于節(jié)點間距離、路徑最短、節(jié)點能量水平的三種利用兩跳鄰居節(jié)點信息貪婪轉(zhuǎn)發(fā)的不同機(jī)制，兼顧數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?、實時性，避免路由空洞。


圖1為本發(fā)明的基于能量收集技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)兩跳多路徑路由方法的流程圖；圖2為本發(fā)明的基于能量收集技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)兩跳多路徑路由方法的實例圖；圖3為本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境仿真圖。
具體實施例方式下面對本發(fā)明的具體實施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。本發(fā)明的所應(yīng)用的無線網(wǎng)絡(luò)包括基站和多個節(jié)點，每個節(jié)點均包括無線傳感器， 節(jié)點還包括能量收集裝置，本發(fā)明較佳實施例中的能量收集裝置通過太陽能電池板為所述無線傳感器補(bǔ)充能量。如圖1所示，以流程圖來說明本發(fā)明的多路徑路由的建立過程。當(dāng)源節(jié)點有數(shù)據(jù)需要發(fā)送時，源節(jié)點首先檢查其是否存在處于活動狀態(tài)的一跳鄰居節(jié)點。若不存在，則發(fā)送非確認(rèn)幀，返回到上一跳節(jié)點，并把當(dāng)前節(jié)點標(biāo)記為斷點；若存在，判斷基站是否在當(dāng)前節(jié)點一跳范圍內(nèi)，若在其一跳范圍內(nèi)，則直接建立路徑，否則判斷基站是否在當(dāng)前節(jié)點的兩跳范圍內(nèi)。若在兩跳范圍內(nèi)，則當(dāng)前節(jié)點需從其一跳鄰居節(jié)點中尋找距離基站最近的節(jié)點作為下一跳轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點；若不在當(dāng)前節(jié)點的兩跳范圍內(nèi)，則判斷當(dāng)前節(jié)點是否存在處于活動狀態(tài)的一跳、兩跳鄰居節(jié)點。若存在，則從該一跳、兩跳鄰居節(jié)點中選擇距離基站最近的一跳或兩跳鄰居節(jié)點作為下一跳節(jié)點；若選擇一跳鄰節(jié)點作為下一跳節(jié)點，直接轉(zhuǎn)發(fā)。若選擇兩跳鄰節(jié)點作為下一跳節(jié)點，則需從其一跳鄰居節(jié)點集中根據(jù)之前設(shè)計的某一轉(zhuǎn)發(fā)標(biāo)準(zhǔn) Optimalnexthop選擇某一一跳鄰居節(jié)點作為中間轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點。若Activelhtjp(Vi)為空，回退到當(dāng)前節(jié)點的上一跳節(jié)點處，重復(fù)路由發(fā)現(xiàn)過程。路徑優(yōu)化階段，一旦建立源節(jié)點到基站的路由，基站發(fā)送確認(rèn)幀到源節(jié)點，并對路由發(fā)現(xiàn)過程中出現(xiàn)的環(huán)路問題進(jìn)行優(yōu)化，釋放被標(biāo)記
7ID號的但未出現(xiàn)在路徑中的節(jié)點，用于查找其他路徑。如圖2所示，當(dāng)節(jié)點a有數(shù)據(jù)包要發(fā)送到基站，且節(jié)點a在基站的兩跳范圍之外。 節(jié)點a通過比較其處于活動狀態(tài)的所有一跳與兩跳鄰居節(jié)點距離基站的距離，若選擇了距離基站最近的兩跳節(jié)點g作為其下一跳，則需要按照轉(zhuǎn)發(fā)標(biāo)準(zhǔn)0ptimalMxth。p選擇一跳鄰居節(jié)點b作為中間轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點。如圖3所示，為本發(fā)明網(wǎng)絡(luò)環(huán)境仿真圖。對于本發(fā)明中的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點及網(wǎng)絡(luò)環(huán)境有以下假設(shè)網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點都是隨機(jī)分布且靜止不動的，除基站外所有普通節(jié)點能量均有限，但是這些節(jié)點可以通過能量收集技術(shù)從其所處的外界環(huán)境補(bǔ)充自身能量。節(jié)點自身以及其一跳、兩跳鄰節(jié)點和基站的地理位置信息可通過GPS(Global Positioning System)獲取。所有節(jié)點可根據(jù)自身能量水平調(diào)節(jié)是否睡眠，如圖3中黑色節(jié)點即為睡眠節(jié)點，其他節(jié)點則為活動節(jié)點。以上實施例僅為本發(fā)明其中的一種實施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說， 在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
8
權(quán)利要求
1.基于能量收集技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)兩跳多路徑路由方法，所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)包括基站和多個節(jié)點，每個所述節(jié)點均包括無線傳感器，所述節(jié)點還包括為所述無線傳感器補(bǔ)充能量的能量收集裝置，所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)采用兩跳多路徑路由方法傳輸數(shù)據(jù)，其特征在于所述兩跳多路徑路由方法所采用的節(jié)點間轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)標(biāo)準(zhǔn)為以下三個標(biāo)準(zhǔn)之標(biāo)準(zhǔn)1)選擇距離目的節(jié)點最近的節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)；標(biāo)準(zhǔn)2)選擇到達(dá)目的節(jié)點最短距離的節(jié)點進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)；標(biāo)準(zhǔn)3)根據(jù)節(jié)點間的距離、節(jié)點剩余能量、能量補(bǔ)給速率、消耗速率，選擇使得轉(zhuǎn)發(fā)效果最佳的節(jié)點進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于能量收集技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)兩跳多路徑路由方法， 其特征在于所述節(jié)點以占空比睡眠調(diào)度方法定期調(diào)節(jié)自身所處的狀態(tài)，所述狀態(tài)包括 睡眠和活躍。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于能量收集技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)兩跳多路徑路由方法， 其特征在于所述占空比睡眠調(diào)度方法首先根據(jù)當(dāng)前節(jié)點、當(dāng)前節(jié)點的一跳節(jié)點和兩跳節(jié)點的剩余能量、補(bǔ)充速率和消耗速率計算當(dāng)前能量水平，如果當(dāng)前能量水平低于設(shè)定值時， 當(dāng)前節(jié)點狀態(tài)設(shè)為睡眠，否則設(shè)為活躍。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于能量收集技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)兩跳多路徑路由方法， 其特征在于所述兩跳多路徑路由方法包括路由發(fā)現(xiàn)階段和路由優(yōu)化階段，所述路由發(fā)現(xiàn)階段查找由源節(jié)點到基站的路徑，其步驟包括步驟1.檢查當(dāng)前節(jié)點是否存在處于活躍狀態(tài)的一跳鄰居節(jié)點若不存在，則由當(dāng)前節(jié)點發(fā)送非確認(rèn)幀，并把當(dāng)前節(jié)點標(biāo)記為斷點，然后回退到當(dāng)前節(jié)點的上一跳節(jié)點處，重復(fù)步驟1 ；若存在，判斷基站是否在當(dāng)前節(jié)點一跳范圍內(nèi)，若在一跳范圍內(nèi)，則直接建立路徑， 否則轉(zhuǎn)入步驟2 ；步驟2.判斷基站是否在當(dāng)前節(jié)點的兩跳范圍內(nèi)，若在兩跳范圍內(nèi)，則當(dāng)前節(jié)點從其一跳鄰居節(jié)點中根據(jù)所述轉(zhuǎn)發(fā)標(biāo)準(zhǔn)選擇下一跳節(jié)點作為中間轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點；若不在當(dāng)前節(jié)點的兩跳范圍內(nèi)，則轉(zhuǎn)入步驟3;步驟3.判斷當(dāng)前節(jié)點是否存在處于活躍狀態(tài)的一跳、兩跳鄰居節(jié)點若存在，則從其一跳、兩跳鄰居節(jié)點選擇距離基站最近的一跳或兩跳鄰居節(jié)點作為轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點；若選擇的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點為一跳節(jié)點，直接轉(zhuǎn)發(fā)；若選擇了選擇的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點為兩跳節(jié)點，則需從其一跳鄰居節(jié)點中根據(jù)所述轉(zhuǎn)發(fā)標(biāo)準(zhǔn)選擇下一跳節(jié)點的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點；以轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點為當(dāng)前節(jié)點重復(fù)步驟1。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于能量收集技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)兩跳多路徑路由方法， 其特征在于所述路由發(fā)現(xiàn)階段查找到由源節(jié)點到基站的路徑后，所述路由優(yōu)化階段對該路徑進(jìn)行優(yōu)化，其步驟包括步驟4.給該路徑中每個節(jié)點依次分配一個遞減的標(biāo)簽號和相同的路徑號；步驟5.由基站通過該路徑反向發(fā)送確認(rèn)幀至源節(jié)點，此過程中任意節(jié)點只能將確認(rèn)幀轉(zhuǎn)發(fā)給與自身具有相同路徑號且具有最大標(biāo)簽號的節(jié)點，以消除路由環(huán)路獲得由源節(jié)點到基站的最短路徑作為所述優(yōu)化路徑，并清除未選中的節(jié)點上的標(biāo)簽號和路徑序號。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于能量收集技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)兩跳多路徑路由方法， 其特征在于所述兩跳多路徑路由方法還包括重復(fù)階段，所述重復(fù)階段重復(fù)所述路由發(fā)現(xiàn)階段和路由優(yōu)化階段，從而從未選中節(jié)點上查找其他由源節(jié)點到基站的所述優(yōu)化路徑。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于能量收集技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)兩跳多路徑路由方法， 其特征在于所述能量收集裝置采用太陽能取電、溫差取電或依賴機(jī)械運動引發(fā)能量轉(zhuǎn)換技術(shù)產(chǎn)生電能為所述無線傳感器補(bǔ)充能量。
全文摘要
本發(fā)明公開了基于能量收集技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)兩跳多路徑路由方法，所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)包括基站和多個節(jié)點，每個所述節(jié)點均包括無線傳感器，所述節(jié)點還包括為所述無線傳感器補(bǔ)充能量的能量收集裝置，其特征在于其采用的轉(zhuǎn)發(fā)標(biāo)準(zhǔn)為1選擇距離目的節(jié)點最近的節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)；2選擇到達(dá)目的節(jié)點最短距離的節(jié)點進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)；3根據(jù)節(jié)點間距離、剩余能量、能量補(bǔ)給速率、消耗速率，選擇效果最佳的節(jié)點進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。本發(fā)明所達(dá)到的有益效果是引入了節(jié)點睡眠調(diào)度機(jī)制并從環(huán)境中采集能量，以延長網(wǎng)絡(luò)壽命；根據(jù)不同的需求和環(huán)境，設(shè)計了基于節(jié)點間距離、路徑最短、節(jié)點能量水平的三種利用兩跳鄰居節(jié)點信息貪婪轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制，兼顧數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?、實時性，避免路由空洞。
文檔編號H04W40/02GK102271377SQ201110269420
公開日2011年12月7日 申請日期2011年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月13日
發(fā)明者張娜, 朱川, 江金芳, 董玉慧, 郭惠, 韓光潔 申請人:河海大學(xué)常州校區(qū)