一种无线传感器网络的路由方法

摘要

本发明公开了一种无线传感器网络的路由方法，其包括：新上电的传感器节点获取网络地址及上行和下行路由路径，成为入网节点；每个入网节点获取剩余电量，进行网络维护；入网节点断电离开时成为下电节点，再进行网络重建，在新节点加入网络与网络重建的过程中，由于每个节点不需要保存入网邻居节点的相关信息，由网关负责将每个节点与入网邻居节点之间相互关联起来，而且利用路径权重参数使得网关更容易评估每条路径的连接质量，因此当网络发生变化时，网关能够生成可选路径，并通过比较路径权重参数快速地选择出能够均衡流量分配与能量消耗最优的传输路径，并及时将该传输路径下发给请求的节点使用，保证了网络的可靠运行，延长了网络的使用寿命。

主权项

一种无线传感器网络的路由方法，其特征在于包括三部分：新上电的传感器节点获取自身的网络地址及上行路由路径和下行路由路径，成为入网节点；每个入网节点获取自身的剩余电量，进行网络维护；任意一个入网节点断电离开无线传感器网络时成为下电节点，再进行网络重建；其中，第一部分的具体过程为：a1、新上电的传感器节点以T1为周期广播包含自身的本地唯一地址的路由发现消息；a2、收到路由发现消息的每个入网邻居节点响应包含自身的路由跳数和自身的网络地址的路由参考消息；在此，入网邻居节点为能够收到新上电的传感器节点广播的路由发现消息的网关和/或传感器节点；a3、新上电的传感器节点在收到每个入网邻居节点响应的路由参考消息后，将自身的本地唯一地址、自身的数据上送周期、自身的剩余电量系数、每个入网邻居节点的路由跳数和网络地址组成新入网注册消息；a4、当所有入网邻居节点中存在网关时，新上电的传感器节点将新入网注册消息发送给网关；当所有入网邻居节点中不存在网关时，新上电的传感器节点从所有入网邻居节点中选择路由跳数最小的一个入网邻居节点作为新上电的传感器节点的上行临时路由中间节点，然后新上电的传感器节点将新入网注册消息发送给上行临时路由中间节点，上行临时路由中间节点在收到新入网注册消息后通过自身的上行路由路径转发，最终转发给网关；a5、网关在收到新入网注册消息后，创建新上电的传感器节点的路由权重表，该路由权重表包括新上电的传感器节点的本地唯一地址、网络地址、数据上送周期和剩余电量系数、新上电的传感器节点的潜在父节点的数量和每个潜在父节点的索引、新上电的传感器节点的子节点的数量和每个子节点的索引；在此，新上电的传感器节点的潜在父节点为已经存在的新上电的传感器节点的上一跳节点；a6、当无线传感器网络中仅存在网关时，网关将网络地址分配给新上电的传感器节点，至此新上电的传感器节点已加入无线传感器网络成为入网节点；当无线传感器网络中除网关外存在其他节点时，网关遍历新上电的传感器节点的所有潜在父节点，获得网关与新上电的传感器节点之间的所有可能路径；然后网关计算每条可能路径中的每个路由中间节点的路由权重参数；接着对于任意一条可能路径，网关将该条可能路径中的所有路由中间节点的路由权重参数中的最小值作为该条可能路径的路径权重参数；之后网关选取值最大的路径权重参数对应的可能路径作为新上电的传感器节点的上行路由路径和下行路由路径，并更新新上电的传感器节点的上行路由路径中的每个路由中间节点的路由权重表；最后网关将包含新上电的传感器节点的上行路由路径和下行路由路径的路径分配消息发送给新上电的传感器节点，并将网络地址分配给新上电的传感器节点，至此新上电的传感器节点已加入无线传感器网络成为入网节点；在此，路由中间节点为可能路径中且位于网关与新上电的传感器节点之间的节点；网关选取的值最大的路径权重参数对应的可能路径为能够均衡流量分配与能量消耗的最优路径；所述的步骤a6中路由中间节点的路由权重参数的获取过程为：对于任意一条可能路径中的任意一个路由中间节点，将该路由中间节点的路由权重参数记为R，其中，E表示该路由中间节点的剩余电量系数，F表示该路由中间节点的流量系数，n表示该路由中间节点的子节点的数量，T_i表示该路由中间节点的第i个子节点的数据上送周期，k为权重比例系数；第二部分的具体过程为：b1、每个入网节点以T2为周期获取自身的剩余电量；接着对于任意一个入网节点，当该入网节点的剩余电量变化量已超过设定的电量变化判定阈值时，该入网节点将包含自身的剩余电量系数的路径维护消息通过该入网节点的上行路由路径发送给网关；b2、网关在收到路径维护消息后，更新发送该路径维护消息的入网节点的路由权重表中的剩余电量系数，实现网络维护；第三部分的具体过程为：c1、对于任意一个入网节点，当该入网节点断电离开无线传感器网络时成为下电节点，此时下电节点的子节点无法向下电节点上送数据；c2、下电节点的每个子节点在确定其父节点断电后，广播用于表明其上行路由路径无法上送数据的路径失败消息；c3、对于任意一个子节点广播的路径失败消息，收到该路径失败消息的每个入网邻居节点响应包含自身的路由跳数和自身的网络地址的路由参考消息；在此，入网邻居节点为能够收到下电节点的子节点广播的路径失败消息的网关和/或传感器节点；当收到该路径失败消息的所有入网邻居节点中存在网关时，广播该路径失败消息的子节点将包含下电节点的网络地址的路径更新消息发送给网关；当收到该路径失败消息的所有入网邻居节点中不存在网关时，广播该路径失败消息的子节点从收到该路径失败消息的所有入网邻居节点中选择路由跳数最小的一个入网邻居节点作为广播该路径失败消息的子节点的上行临时路由节点，然后将包含下电节点的网络地址的路径更新消息发送给上行临时路由节点，上行临时路由节点在收到路径更新消息后通过自身的上行路由路径转发，最终转发给网关；c4、网关在收到路径更新消息后，删除下电节点的路由权重表以及下电节点在其他入网节点的路由权重表中的索引；c5、对于下电节点的任意一个子节点，网关遍历该子节点的所有潜在父节点，获得网关与该子节点之间的所有可能路径，网关计算每条可能路径中的每个路由中间节点的路由权重参数，对于任意一条可能路径，网关将该条可能路径中的所有路由中间节点的路由权重参数中的最小值作为该条可能路径的路径权重参数，网关选取值最大的路径权重参数对应的可能路径作为该子节点的上行和下行路由路径，并更新该子节点的上行路由路径中的每个路由中间节点的路由权重表；在此，该子节点的潜在父节点为已经存在的该子节点的上一跳节点；路由中间节点为可能路径中且位于网关与该子节点之间的节点；网关选取的值最大的路径权重参数对应的可能路径为能够均衡流量分配与能量消耗的最优路径；c6、网关将包含每个子节点自身的上行路由路径和下行路由路径的路径分配消息发送给对应的子节点，每个子节点在收到路径分配消息后，保存路径分配消息中包含的上行路由路径和下行路由路径，并按照保存的上行路由路径上送数据，至此完成网络重建。