专利名称：一种基于dtn深空传感器网络多径路由方法
技术领域：
本发明涉及在深空传感器网络中节点之间备份多路径中下一条节点的选择问题，具体地讲，涉及一种基于DTN深空传感器网络多径路由方法。
背景技术：
对未知的求索驱使人类一步步“迈向”太空，人类探索宇宙演化过程、揭示生命起源、寻找生命存在的脚步一刻也没有停止。无线传感器网络被认为是21世纪重要的技术之一，其在环境探测中担任着重要的角色，在人类探索深空的过程中也越来越发挥重要的作用。然而，处于深空的传感器网络由于环境因素影响，与传统的传感器网络存在很大不同，这使得深空传感器网络成为一种受限网络。如何有效改善这种情况呢？ 2003年，Kevin Fall提出了一种全新的网络体系结构——DTN0它是一种运行在区域网络之上的网络，能够实现区域网络互联，并且它的网络体系结构包含了许多能够解决受限网络问题的特性。对于网络而言，路由研究是一个重要的研究内容。深空传感器网络运行在恶劣甚至是未知的远程环境中，由于太阳电磁辐射干扰、节点移动、节点自身缺乏资源等，建立的路由可能很容易断开，因此设计有效的策略延长网络的生存寿命是深空传感器网络的核心问题。这使得为其设计路由协议成为一个富有挑战的问题。实际上，为了缓解这些问题，可以采用多径路由的方式。多径路由为主路径寻找替代路径，以替代方式增加路由过程的效率。它利用资源冗余和多样性支持错误容忍，负载平衡，端到端传递时延最小化和降低能量消耗等需求。同时，有文献已经证明选择多条路径时，维护比最短路径长很多的替代路径和多于两条或三条的替代路径都是`无益处的。此外，多径路由应该是按需的(on-demand)和备份多路径方式，这样可以有效减少开销和对存储资源的利用。由此，本文对深空传感器网络提出一种基于DTN的多径路由，使能有效缓解数据分组在传输中遇到的上述问题。同时，结合对链路连接概率的研究，加入对节点剩余能量的考虑，建立效用函数。在选择多条路径时，有文献已经证明维护比最短路径长很多的替代路径和多于两条或三条的替代路径都是无益处的。因此，在选择备用路径时，利用得到的效用函数选择最佳路径，能够有效减少开销和利用资源。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种基于DTN深空传感器网络多径路由方法，更好的均衡网络负载，充分利用网络资源。本发明采用如下技术手段实现发明目的一种基于DTN深空传感器网络多径路由方法，其特征在于，包括如下步骤(I)路由发现，包括请求query过程和回复r印Iy过程，找出数据分组发送的主路径和备用路径；
(2)路由维护，当主路径正常时，数据分组在主路径上正常传输，当主路径断开时，主路径断开处的传感器节点a执行一跳数据广播到它的邻居节点，节点a在数据分组头部指出链路断开，邻居节点接收到该数据分组时，邻居节点在其备用路由表中查找手否有到目的节点的下一跳节点的表项，若存在，邻居节点缓存该数据分组，并向节点a回复收到数据分组的确认分组REQ，向节点a确认是否可以传输该数据分组，判断节点a收到的确认分组REQ的数量,如果节点a收到一个确认分组REQ,节点a向此相邻节点发送回复分组REP,允许数据分组经过此相邻节点传递，如果节点a收到多个确认分组REQ，转步骤(3)；(3)计算节点a与每个相邻节点之间的效用值,选择效用值最大的相邻节点,节点a向效用值最大的相邻节点发送回复分组REP，允许数据分组经过此相邻节点传递，同时节点a向其它相邻节点发送回复分组ERR，收到回复分组ERR的相邻节点将缓存中的数据删除，同时根据上述计算结果更新自身的备用路由表；(4)数据分组在备份路径上传递，节点a发送RERR分组到源节点，开始路由重新发现过程，更新网络情况和拓扑，使路由保持最新和最佳。作为对本技术方案的进一步限定，所述步骤(I)包括如下步骤(1.1)请求query过程当一个源节点需要发起一个到目的节点的数据会话,它先查找自己的路由表，如果自己的路由表中存在到目的节点的理由信息，直接发送RREQ分组到目的节点，当发现路由表中没有任何到目的节点的路由信息时，转步骤(1. 2)；(1. 2)源节点通过洪泛RREQ请求分组的方式搜索路由，每个RREQ分组拥有一个唯一的标识符，这样节点可以发现和丢弃复制分组，以避免回路的出现，当中间节点接收到一个非复制RREQ分组时，它在其路由表中记录先前的跳和源节点信息，然后，中间节点广播分组，或者如果它的路由表中存在到目的节点的路由就发送RREP分组给源节点；(1. 3)当目的节点接收到RREQ分组时，它按照已经选择的路由向源节点发送RREP分组；(1. 4)回复re ply过程当不是主路径上的节点杂乱地监听到由其相邻节点传输的非针对自身的RREP分组时，它在其备用路由表中记录下这个相邻节点，使其成为该节点到目的节点的下一跳节点，如果监听节点在主路径的多个中间节点的射频范围内，该监听节点可能接收到来自相同路由的许多RREP分组，在这种情况下，监听节点选择最佳的路由插入到它的备用路由表中，当RREP分组到达路由的源节点时，源节点和目的节点之间的主路径被建立，同时，在备用路由表中拥有到目的节点表项的节点成为网状网的一部分，主路径和备份路径一起构成了网状结构，呈现鱼骨状。作为对本技术方案的进一步限定，所述步骤(3)的计算规则如下(3.1)相邻节点能量更新,根据传感器节点自身特性，已知传感器节点的剩余能量值，利用本次剩余能量与前一次的剩余能量，对下一次能量的剩余情况进行预测，估计相邻节点目前的剩余能量是否还满足一次数据传输所需能量
权利要求
1.一种基于DTN深空传感器网络多径路由方法，其特征在于，包括如下步骤 (1)路由发现，包括请求query过程和回复reply过程，找出数据分组发送的主路径和备用路径； (2)路由维护，当主路径正常时，数据分组在主路径上正常传输，当主路径断开时，主路径断开处的传感器节点a执行一跳数据广播到它的邻居节点，节点a在数据分组头部指出链路断开，邻居节点接收到该数据分组时，邻居节点在其备用路由表中查找手否有到目的节点的下一跳节点的表项，若存在，邻居节点缓存该数据分组，并向节点a回复收到数据分组的确认分组REQ，向节点a确认是否可以传输该数据分组，判断节点a收到的确认分组REQ的数量，如果节点a收到一个确认分组REQ，节点a向此相邻节点发送回复分组REP，允许数据分组经过此相邻节点传递，如果节点a收到多个确认分组REQ，转步骤(3)； (3)计算节点a与每个相邻节点之间的效用值，选择效用值最大的相邻节点，节点a向效用值最大的相邻节点发送回复分组REP，允许数据分组经过此相邻节点传递，同时节点a向其它相邻节点发送回复分组ERR，收到回复分组ERR的相邻节点将缓存中的数据删除，同时根据上述计算结果更新自身的备用路由表； (4)数据分组在备份路径上传递，节点a发送RERR分组到源节点，开始路由重新发现过程，更新网络情况和拓扑，使路由保持最新和最佳。
2.根据权利要求1所述基于DTN深空传感器网络多径路由方法，其特征在于，所述步骤(I)包括如下步骤 (1.1)请求query过程当一个源节点需要发起一个到目的节点的数据会话,它先查找自己的路由表，如果自己的路由表中存在到目的节点的理由信息，直接发送RREQ分组到目的节点，当发现路由表中没有任何到目的节点的路由信息时，转步骤(1. 2)； (1. 2)源节点通过洪泛RREQ请求分组的方式搜索路由，每个RREQ分组拥有一个唯一的标识符，这样节点可以发现和丢弃复制分组，以避免回路的出现，当中间节点接收到一个非复制RREQ分组时，它在其路由表中记录先前的跳和源节点信息，然后，中间节点广播分组，或者如果它的路由表中存在到目的节点的路由就发送RREP分组给源节点； (1. 3 )当目的节点接收到RREQ分组时，它按照已经选择的路由向源节点发送RREP分组； (1.4)回复reply过程当不是主路径上的节点杂乱地监听到由其相邻节点传输的非针对自身的RREP分组时，它在其备用路由表中记录下这个相邻节点，使其成为该节点到目的节点的下一跳节点，如果监听节点在主路径的多个中间节点的射频范围内，该监听节点可能接收到来自相同路由的许多RREP分组，在这种情况下，监听节点选择最佳的路由插入到它的备用路由表中，当RREP分组到达路由的源节点时，源节点和目的节点之间的主路径被建立，同时，在备用路由表中拥有到目的节点表项的节点成为网状网的一部分，主路径和备份路径一起构成了网状结构，呈现鱼骨状。
3.根据权利要求1所述基于DTN深空传感器网络多径路由方法，其特征在于，所述步骤(3)的计算规则如下 (3.1)相邻节点能量更新,根据传感器节点自身特性，已知传感器节点的剩余能量值，利用本次剩余能量与前一次的剩余能量，对下一次能量的剩余情况进行预测，估计相邻节点目前的剩余能量是否还满足一次数据传输所需能量
全文摘要
本发明公开了一种基于DTN深空传感器网络多径路由方法，其特征在于，包括如下步骤(1)路由发现，包括请求query过程和回复reply过程，找出数据分组发送的主路径和备用路径；(2)路由维护；(3)计算节点a与每个相邻节点之间的效用值；(4)数据分组在备份路径上传递，节点a发送RERR分组到源节点，开始路由重新发现过程，更新网络情况和拓扑，使路由保持最新和最佳。本发明给出了基于最大效用值的多径路由方法，在链路连接概率一个影响因子决定的基础上，增加了一个剩余能量因子，如果没有考虑能量问题，即使节点间连接概率为1，剩余能量很低时，也无法完成数据分组的正确转发。
文档编号H04L12/707GK103036783SQ20121056045
公开日2013年4月10日 申请日期2012年12月20日 优先权日2011年12月23日
发明者傅学生, 周贤伟, 李菲 申请人:山东黄金集团有限公司