专利名称：一种基于无线多跳传感器网络的路由方法
技术领域：
本发明涉及无线传感网络领域中的一种基于无线多跳传感器网络的路由方法。
背景技术：
无线传感网络伴随着传感器技术、嵌入式技术以及通信半导体技术的快速发展而发展起来，在军事国防、工农业生产、环境监测等许多领域有着巨大的科研价值和广阔的市场前景，引起了各国的高度重视，被认为是将对二十一世纪产生巨大影响力的技术之一。无线传感网络的应用是建立在数据可靠传输的基础上的，因此无线传感网络中路由协议的设计是无线传感网络的关键技术之一，路由性能的优劣直接决定着无线传感网络的性能。无线传感网络的路由协议和应用密切相关，对于不同的应用需求需要使用特定的路由协议，因此目前尚未有通用的无线传感网络的路由协议。无线传感器节点具有能量有限、计算和存储能力有限等特点，因此路由协议的设计要考虑节能、简易和容错性强等因素。传统的无线传感网络是一种信息采集网络，其数据流向具有明显的方向性。随着传感器技术、嵌入式技术的快速发展，传感器节点不仅仅可完成信息采集，其可以完成电子干扰等更复杂的任务，进而对数据从终端节点向下级节点自上而下的传输提出了要求。因此一种简单高效可实现数据双向传输的路由协议对于无线多跳传感网络具有重要意义。
发明内容
本发明针对无线多跳传感网络，提出了一种简单高效、数据可双向交互的无线多跳传感器网络的路由方法。它不仅可以完成传感器节点数据采集，经由路由节点向终端的数据传输，也可完成终端节点数据经由路由节点向下级节点的数据传输，进而构建数据可双向传输的传感器网络。本发明一种基于无线多跳传感器网络的路由方法，所述的无线多跳传感器网络由具有全局的地址标识的终端节点、若干路由节点和若干传感器节点组成，其特征在于(1)建立无线多跳传感器网络；(2)当下级的路由节点或传感器节点向终端节点发送数据时，则转入步骤(3)；当终端节点需要向某个下级目的节点发送数据时，则转入步骤(7)；(3)当下级路由节点或传感器节点需向终端节点发送数据时，首先判断本节点网络状态，如未入网则快速入网。若该节点已入网则以自身作为源节点向该节点的上级节点发送数据传输请求帧；(4)网络中接收到该请求帧的终端节点或路由节点判断该帧的源节点地址是否存在于自身的下级节点列表中，若存在则向该源节点发送应答帧，若不存在则不应答；(5)请求发送数据的节点在接受到应答帧后，继续向其上级节点发送数据帧，其上级节点接收到数据帧后，向该节点发送确认帧，该节点接收到确认帧后，该节点在此次传输进程中任务结束。(6)若请求发送数据节点的上级节点为终端节点，则此次数据自下而上传输进程结束。若为路由节点则重复步骤(3)、0)、( 直至数据发送至终端节点，此次数据自下而上发送进程结束；(7)当终端节点需要向某个下级目的节点发送数据时，首先判断该目的节点是否为终端下级节点，若是则向该节点发送数据发送请求帧。若否则转入步骤(11)；(8)若目的节点为终端下级节点，则终端节点向目的节点发送数据发送请求帧，目的节点接收到请求帧后，向其上级节点即终端节点发送应答帧；(9)终端节点接收到目的节点的应答帧后，向目的节点发送数据帧；(10)目的节点接收到数据帧后向终端节点发送确认帧，则此次数据传输进程结束ο(11)若目的节点非终端的下级节点，则终端节点作为上级节点依次向其下级节点地址列表每个节点发送数据传输请求帧；(12)网络中收到数据请求帧的节点向其上级节点发送应答帧，上级节点接收到应答帧后，向该下级节点发送数据帧；(13)下级节点收到数据帧后向其上级节点发送确认帧，并将接受到的数据在本节点中暂存；(14)接收到数据并暂存的节点作为上级节点，重复步骤(7) (14)直至目的节点接收到数据数据帧标志着此次数据传输进程结束。其中，步骤(1)中的建立无线多跳传感器网络包括以下步骤(101)布放终端节点并开机，建立网络，此时终端节点具有最高节点级别；(102)根据无线通信指标，在设定范围内布设若干传感器节点和路由器节点；(103)传感器节点和路由器节点主动加入网络，各级节点获取自身上级节点地址；(104)终端节点和路由节点获取自身的下级节点地址列表，通过路由节点上报下级节点地址列表的方式，在终端上形成网络的拓扑图，整个网络组建完成。本发明结合无线多跳传感网络，提出了一种简单、高效数据可双向交互的路由方法。在无线多跳传感网络成功组建的基础上，本发明提出的路由方法不仅可完成传感器采集数据向终端节点的有效传输，而且可以完成终端节点数据向下级节点的有效传输。随着传感器技术、嵌入式技术以及通信半导体技术的快速发展，传感器节点功能的增强，该发明将具有广泛的应用价值。
图1是节点布设图；图2是网络拓扑图；图3是数据自下而上传输流程图；图4是数据自上而下传输流程具体实施例方式以下结合附图和实际对本发明做进一步的说明。本发明一种基于无线多跳传感器网络的路由方法，所述的无线多跳传感器网络由具有全局的地址标识的终端节点、若干路由节点和若干传感器节点组成，其特征在于包括以下步骤(1)建立无线多跳传感器网络；(101)布放终端节点并开机，建立网络，此时终端节点具有最高节点级别；实施例中，如图1所示具有标识00的节点作为终端节点。(102)根据无线通信指标，在设定范围内布设若干传感器节点和路由器节点；实施例中，如图1所示，其中01#、0姊、03#、04#、05#作为路由节点，其他非终端节点为传感器节点。(103)传感器节点和路由器节点主动加入网络，各级节点获取自身上级节点地址； 实施例中，结合图2可以看出00#节点作为01 #，0 节点的上级节点，04#节点作为14#、15# 的上级节点。(104)终端节点和路由节点获取自身的下级节点地址列表，通过路由节点上报下级节点地址列表的方式，在终端上形成网络的拓扑图，整个网络组建完成。实施例中，结合图2可以看出00#节点的下级节点列表中所存储的节点地址为01和02，04#节点下级节点列表中所存储的节点地址为14和15，通过路由节点上报下级节点地址列表的方式，在终端上形成网络的拓扑图，如图2所示，标志着整个传感器网络组建完成。(2)当下级的路由节点或传感器节点向终端节点发送数据时，则转入步骤(3)；当终端节点需要向下级目的节点发送数据时，则转入步骤(7)。实施例中，结合图3以14#传感器节点向终端节点发送数据说明网络中数据上行过程，结合图4以00#终端节点向05#路由节点发送数据说明网络中数据上行过程。(3)当下级路由节点或传感器节点需向终端节点发送数据时，首先判断本节点网络状态，如未入网则快速入网；若该节点已入网则以自身作为源节点向该节点的上级节点发送数据传输请求帧；实施例中，当14#传感器节点向终端节点发送数据时，首先判断自身网络状态，实施例中，14#节点已入网，则向其上级节点04#节点发送数据传输请求帧；(4)网络中接收到该请求帧的终端节点或路由节点判断该帧的源节点地址是否存在于自身的下级节点列表中，若存在则向该源节点发送应答帧，若不存在则不应答；实施例中，04#点接收到14#节点数据请求帧后，由于14#节点存在于04#节点的下级节点地址列表中，则04#节点向14#节点发送应答帧；(5)请求发送数据的节点在接受到应答帧后，继续向其上级节点发送数据帧，其上级节点接收到数据帧后，向该节点发送确认帧，该节点接收到确认帧后，该节点在此次传输进程中任务结束；实施例中，14#节点接收到04#节点的应答帧后，则向04#节点发送数据帧，04#节点接收到数据帧后向14#节点发送确认帧，并将数据暂存；(6)若请求发送数据节点的上级节点为终端节点，则此次数据自下而上传输进程结束；若为路由节点则重复步骤(3)、(4), (5)直至数据发送至终端节点，此次数据自下而上发送进程结束；实施例中，04#节点非终端节点则继续向其上级节点03#节点转发数据，04#节点依次按照步骤幻、4) ,5)完成数据向其上级节点03#节点的传输，03#节点接收到数据后并将数据暂存；03#节点非终端节点则继续向其上级节点00#节点转发数据，03#节点依次按照步骤3)、4) ,5)完成数据向其上级节点00#节点的传输，00#节点接收到数据完成此次数据传输。(7)当终端节点需要向某个下级目的节点发送数据时，首先判断该目的节点是否为终端下级节点，若是，则转入步骤(8)；否则，转入步骤(11)；实施例中，00#终端节点向05#路由节点发送数据时，实施例中，如图2所示，由于 00#终端节点下级节点列表为01、02，不包含05。因此转入步骤(11)；(8)若目的节点为终端下级节点，则终端节点向目的节点发送数据发送请求帧，目的节点接收到请求帧后，向其上级节点即终端节点发送应答帧；(9)终端节点接收到目的节点的应答帧后，向目的节点发送数据帧；(10)目的节点接收到数据帧后向终端节点发送确认帧，则此次数据传输进程结束；(11)若目的节点非终端的下级节点，则终端节点作为上级节点依次向其下级节点地址列表每个节点发送数据传输请求帧；实施例中，00#终端节点向01#下级节点发送数据传输请求；(12)网络中接收到数据请求帧的节点向其上级节点发送应答帧，上级节点接收到应答帧后，向该下级节点发送数据帧；实施例中，01#节点接收到00#节点发出的数据传输请求后，向00#节点发送应答帧 ’00#节点接收到应答帧后，向01#节点发送数据帧；(13)下级节点收到数据帧后向其上级节点发送确认帧，并将接受到的数据在本节点中暂存；实施例中，01#节点接收到数据帧后，向其上级节点00#节点发送确认帧，并将数据帧在01#节点暂存；(14)接收到数据并暂存的节点作为上级节点，重复步骤(7)至(14)直至目的节点接收到数据数据帧标志着此次数据传输进程结束。实施例中，01#节点按照8)、9)、10)、11)类似的步骤向其下级节点转发数据，这里不再赘述。00#节点向其另一下级节点0 节点转发数据，首先向0 节点发送数据传输请求帧；0 节点接收到00#节点发送的数据传输请求帧后，向00#节点发送应答帧；00#节点接收到02#节点的确认帧后，向02#节点发送数据帧 ’02#节点接收到数据帧后，向00#节点发送确认帧，并将数据在02#节点暂存；由于目的节点05#节点存在于02#节点的下级节点列表中，因此02#节点向05#节点发送数据传输请求 ’05#节点接收到02#节点的数据发送请求后，向0 节点发送应答帧；0 节点接收到05#节点的应答帧后，向05#节点发送数据帧 ’05#节点接收到数据帧后，向02#节点发送确认帧 ’00#节点有01、02两个下级节点， 因此数据转发任务结束。
权利要求
1.一种基于无线多跳传感器网络的路由方法，所述的无线多跳传感器网络由具有全局的地址标识的终端节点、若干路由节点和若干传感器节点组成，其特征在于包括以下步骤(1)建立无线多跳传感器网络；(2)当下级的路由节点或传感器节点向终端节点发送数据时，则转入步骤(3)；当终端节点需要向下级目的节点发送数据时，则转入步骤⑵；(3)当下级路由节点或传感器节点需向终端节点发送数据时，首先判断本节点网络状态，如未入网则快速入网；若该节点已入网则以自身作为源节点向该节点的上级节点发送数据传输请求帧；(4)网络中接收到该请求帧的终端节点或路由节点判断该帧的源节点地址是否存在于自身的下级节点列表中，若存在则向该源节点发送应答帧，若不存在则不应答；(5)请求发送数据的节点在接受到应答帧后，继续向其上级节点发送数据帧，其上级节点接收到数据帧后，向该节点发送确认帧，该节点接收到确认帧后，该节点在此次传输进程中任务结束；(6)若请求发送数据节点的上级节点为终端节点，则此次数据自下而上传输进程结束； 若为路由节点则重复步骤(3)、0)、( 直至数据发送至终端节点，此次数据自下而上发送进程结束；(7)当终端节点需要向某个下级目的节点发送数据时，首先判断该目的节点是否为终端下级节点，若是，则转入步骤(8)；否则，转入步骤(11)；(8)若目的节点为终端下级节点，则终端节点向目的节点发送数据发送请求帧，目的节点接收到请求帧后，向其上级节点即终端节点发送应答帧；(9)终端节点接收到目的节点的应答帧后，向目的节点发送数据帧；(10)目的节点接收到数据帧后向终端节点发送确认帧，则此次数据传输进程结束；(11)若目的节点非终端的下级节点，则终端节点作为上级节点依次向其下级节点地址列表每个节点发送数据传输请求帧；(12)网络中接收到数据请求帧的节点向其上级节点发送应答帧，上级节点接收到应答帧后，向该下级节点发送数据帧；(13)下级节点收到数据帧后向其上级节点发送确认帧，并将接受到的数据在本节点中暂存；(14)接收到数据并暂存的节点作为上级节点，重复步骤(7)至(14)直至目的节点接收到数据数据帧标志着此次数据传输进程结束。
2.根据权利要求1所述的一种基于无线多跳传感器网络的路由方法，其特征在于步骤(1)中的建立无线多跳传感器网络包括以下步骤(101)布放终端节点并开机，建立网络，此时终端节点具有最高节点级别；(102)根据无线通信指标，在设定范围内布设若干传感器节点和路由器节点；(103)传感器节点和路由器节点主动加入网络，各级节点获取自身上级节点地址；(104)终端节点和路由节点获取自身的下级节点地址列表，通过路由节点上报下级节点地址列表的方式，在终端上形成网络的拓扑图，整个网络组建完成。
3.根据权利要求1所述的一种基于无线多跳传感器网络的路由方法，其特征在于所述请求帧、应答帧、数据帧及确认帧结构中包含源节点地址、目的节点地址、路由节点地址、 数据类型、源节点网络级别的信息。
全文摘要
本发明公布了一种基于无线多跳传感器网络的路由方法，其包含在具有传感节点、路由节点和终端节点的网络中，传感节点与终端节点间传送数据。所述网络中每个节点均具有全局的地址标识，传感节点和路由节点可通过自身主动入网或终端发起组网的方式加入网络，在节点加入网络后，每个节点将获得本节点的上级节点地址及其下级节点地址列表。所述方法包括传感节点和路由节点利用自身的上级节点地址自下而上逐级将数据传输至终端节点，以及终端节点利用各级节点的下级节点地址列表自上而下逐级将数据传输至指定路由或传感节点，进而形成了一种终端节点与其他节点间可双向交互的无线多跳传感网络。
文档编号H04W84/18GK102291798SQ201110290569
公开日2011年12月21日 申请日期2011年9月29日 优先权日2011年9月29日
发明者刘飞, 宋之民, 王延, 田建召, 穆立波, 辜岷, 陈路路, 霍志勇, 黄慧燕 申请人:中国电子科技集团公司第五十四研究所