基于能量收集技术的无线传感器网络两跳多路径路由方法

摘要

本发明公开了基于能量收集技术的无线传感器网络两跳多路径路由方法，所述无线传感器网络包括基站和多个节点，每个所述节点均包括无线传感器,所述节点还包括为所述无线传感器补充能量的能量收集装置，其特征在于：其采用的转发标准为：1选择距离目的节点最近的节点转发；2选择到达目的节点最短距离的节点进行转发；3根据节点间距离、剩余能量、能量补给速率、消耗速率，选择效果最佳的节点进行转发。本发明所达到的有益效果是：引入了节点睡眠调度机制并从环境中采集能量，以延长网络寿命；根据不同的需求和环境，设计了基于节点间距离、路径最短、节点能量水平的三种利用两跳邻居节点信息贪婪转发机制，兼顾数据传输的可靠性、实时性，避免路由空洞。

主权项

基于能量收集技术的无线传感器网络两跳多路径路由方法，所述无线传感器网络包括基站和多个节点，每个所述节点均包括无线传感器, 所述节点还包括为所述无线传感器补充能量的能量收集装置，所述无线传感器网络采用两跳多路径路由方法传输数据，其特征在于：节点可根据不同转发机制选择下一跳节点，每个节点可以获取基站和其一跳、两跳邻居节点的位置信息以及一跳、两跳邻居节点的节点剩余能量Residual_Energy、补给速率Harvest_Energy、消耗速率Consume_Energy，节点以占空比睡眠调度方法定期调节自身所处的状态，所述占空比睡眠调度方法根据以下公式估测得到的当前能量水平为Current_Energy＝αHarvest_Energy+βResidual_Energy‑γConsume_Energy，其中α+β+γ＝1，设任意节点vi的一跳、两跳邻居节点集分别为N1hop(vi)，N2hop(vi)，处于活动状态的一跳、两跳邻居节点集为Active1hop(vi)，Active2hop(vi)，网络中任意两节点vi，vj间的实际距离记为Disti，j，该路由方法中选择下一跳节点的标准记为Optimalnexthop，所述两跳多路径路由方法所采用的节点间转发数据的转发标准可为以下三个标准之一：标准1）Optimalnexthop＝min{Disti，destination}，选择距离目的节点最近的节点转发； 标准2）Optimalnexthop＝min{Distsource，i +...+Distj，destination}，选择到达目的节点最短距离的节点进行转发，用来发现源节点到达目的节点的最短路径；标准3）Optimalnexthop＝max{Current_Energy*Disti，destiantion}，综合考虑节点间的距离、节点剩余能量、能量补给速率、消耗速率，选择使得转发效果最佳的节点转发；所述两跳多路径路由方法包括路由发现阶段和路由优化阶段，所述路由发现阶段查找由源节点到基站的路径，其步骤包括：步骤1. 检查当前节点是否存在处于活跃状态的一跳邻居节点：若不存在，则由当前节点发送非确认帧，并把当前节点标记为断点，然后回退到当前节点的上一跳节点处，重复步骤1；若存在，判断基站是否在当前节点一跳范围内，若在一跳范围内，则直接建立路径，否则转入步骤2；步骤2.判断基站是否在当前节点的两跳范围内，若在两跳范围内，则当前节点从其一跳邻居节点中根据所述转发标准选择下一跳节点作为中间转发节点；若不在当前节点的两跳范围内，则转入步骤3；步骤3.判断当前节点是否存在处于活跃状态的一跳、两跳邻居节点：若存在，则从其一跳、两跳邻居节点选择距离基站最近的一跳或两跳邻居节点作为转发节点；若选择的转发节点为一跳节点，直接转发；若选择了选择的转发节点为两跳节点，则需从其一跳邻居节点中根据所述转发标准选择下一跳节点的转发节点；以转发节点为当前节点重复步骤1；所述路由发现阶段查找到由源节点到基站的路径后，所述路由优化阶段对该路径进行优化，其步骤包括：步骤4. 给该路径中每个节点依次分配一个递减的标签号和相同的路径号；步骤5. 由基站通过该路径反向发送确认帧至源节点，此过程中任意节点只能将确认帧转发给与自身具有相同路径号且具有最大标签号的节点，以消除路由环路获得由源节点到基站的最短路径，并以该最短路径作为所述优化路径，并清除未选中的节点上的标签号和路径序号。