公式来确定转发延迟，其中Csw (i)、Csnr (i)、Cd (i)、 (Ui)分别代表了节点i的信道切换代价、信噪比产生的路由代价、距离产生的路由代 价、剩余能量产生的路由代价，i代表的是路径P中的第i个节点，而α、β、γ、ε分别 代表的信道切换、信噪比、距sink的节点的距离、剩余能量的路由代价权重因子，且满足 α +β + γ+ ε =丨；路由的维护包括路由过期处理、路由错误处理和Hello信息处理机制。2. 根据权利要求1所述的在电磁干扰环境下的能量高效的WSN路由协议设计方法，其 特征在于建立梯度模型包括：(a)初始化每个节点的梯度值，梯度值用节点到汇聚节点的 最小跳数表示，将汇聚节点的梯度值MH sink设置为0,其它节点的梯度值MH 置为无穷大； (b)由汇聚节点开始以半径为r广播给它所有邻居节点一个初始化消息，这个初始化消息 中含有一个值为〇的跳数计数器；(c)当有节点收到该初始化消息时，先检查节点的梯度值 是否为无穷大，若为无穷大，节点根据接收消息强度最大的初始化消息将其梯度值设置为 该消息HC的值加1，其中（0彡HC彡（R/r-Ι))，更新能量信息，并将该消息HC的值用节点 新的梯度值替代，节点再重传该初始化消息给它所有的邻居节点；否则，节点丢弃该初始化 消息；（d)邻居节点收到初始化消息后继续重复步骤（c)，直到所有节点至少一次根据收到 的初始化消息设置它们新的梯度值，初始化消息的传播过程终止。3. 根据权利要求1所述的在电磁干扰环境下的能量高效的WSN路由协议设计方法， 其特征在于路由的构建：建立梯度模型后在源节点广播RREQ请求消息，设置广播跳数等于 节点最大梯度值，中继节点对收到的重复RREQ消息进行销毁，否者对本节点的邻居节点列 表进行更新，中继节点根据自己的竞争能力加入相应的延时后再广播RREQ，广播RREQ消息 时需要判断前一跳节点序号是否在路由链表中，如果不在，将前一跳地址加入到链表中，前 一跳节点序号在路由链表中则销毁RREQ消息数据包，与此同时我们需要判断目前已经执 行的跳数是否超过了网络的最大直径，也就是判断节点是否已经跳出了我们定义的网络区 ±或，如果超出了的话就销毁数据包，重复此操作直到到达目的节点，否者广播跳数减1，继续 广播RREQ。最终到达目的节点后，目的节点复制收到的RREQ消息并广播RREP消息，收到 RREP消息包的节点判断自己是否存在链表中，若存在则销毁数据包，否者根据收到的RREP 消息包更新前一跳邻居节点信息，此步骤一直持续直到达源节点收到RREP消息包，则根据 路由链表建立起路由。4. 根据权利要求3所述的在电磁干扰环境下的能量高效的WSN路由协议设计方法，其 特征在于更新邻居节点后，邻居节点比较两者的梯度值，使得RREQ请求包是沿着目的节点 的方向传递，当广播跳数减少到1时，下一跳节点还不是目的节点，那么接受到此RREQ请求 包的节点把其删掉，RREQ分组中携带以下信息字段：源地址、源序列号、广播ID、目的地址、 跳数计数器。5. 根据权利要求1所述的在电磁干扰环境下的能量高效的WSN路由协议设计方法，其 特征在于数据的稳定传输：首先是对干扰区域内信道的调整，在干扰区域内节点动态的调 整自己的频谱信道使得与干扰源不重叠，但是不再与其他的节点工作在同一个频道了，信 道的切换回带来额外的时延和能量开销，把信道切换所带来的能量消耗折算为路由代价， 可用公式C sw= ISs-SciIXws(Sci)来表示，其中S。代表节点之前的信道频谱，S s代表的是需 要跳变到的信道频谱；根据从节点物理层提取的信噪比的大小来定义链路受干扰程度的代 价因子，采用的是DPSK调制方法，当SNR = EbA^H. 4时误码率BER值数量级达到10 12， 满足通信要求；当信噪比SNR大于14. 4时，设定节点间的路由代价为0,当信噪比SNR在 [b，14.4)范围内的话，将信噪比的大小折算为路由代价，而当信噪比SNR小于b的话，将此 时的SNR置为+ m。用公式表达为b是一个阈值，把不同的信噪 比转化为相应的路由代价，其中b为节点受电磁干扰的容忍度，根据设备误码率的承受度 来初始化b的大小，把信噪比SNR折算为路由代价用公式表示为Csnr = e n/wa，其中en代表的 是接受信噪比的强度，Wa代表的是单位信噪比对应的路由代价；表示的是 基于距离的路由代价函数，其中Cl1 ,表示簇头i到簇头j的距离，d , sink表示簇头j到汇聚节 点距离，山sink表示簇头i到汇聚节点距离；下一跳时路由代价用公式表示为其中E_(j)表示节点j下一跳节点集合具有的最小剩余能量，E(i)表示节点i的剩余 能量；对四个参数归一化处理 Csw⑴=log1Q(Csw(i))，CSNR(i) = log1Q(CSNR⑴），Cji)= 1〇区1。(4(1))，(；(1)=1(^ 1。((；(1))，这样它们的取值范围都在[-1，1]之间；每一个节点在 接收到一个路由RREQ请求时会延时一个与路由代价成正比的时间间隔，进而往下一跳继 续request，节点i在转发一个路由RREQ请求包时的路由代价延时D (i)为：D (i) = Dlog2 (1+min [ a Csw⑴+ β Csnr⑴+ γ Cd⑴+ ε (；⑴，CniaJ)，其中D为延时时间参数，（：_表示路由 最大成本。6. 根据权利要求1所述的在电磁干扰环境下的能量高效的WSN路由协议设计方法，其 特征在于路由的维护包括： a) 路由过期处理：数据包的转发过程中，路径不断更新生存时间，当路径在ACTIVE_ ROUTEJIMEOU的时间间隔内没有被使用，就会被标记为无效，经过DELETE_PERIOD时间被 撤销； b) 路由错误处理：链路中断，下一跳节点不可达，节点不存在到达目的节点的活跃路 由并且节点没有进行本地修复，节点收到邻居节点发送的RERR这三种情况下向节点的前 区列表发送携带下一跳不可达节点的RERR信息； c) He 11 〇信息处理机制：He 11 〇信息用来维护网络的局部连接。节点在HELLO_INTERVAL 时间间隔内定期向邻居节点发送He 11 〇信息，当节点在ALL0WED_HELL0_L0SS或者是在 HELLOIN_TERVAL时间内没有收到活跃邻居的Hello信息，此链路无效。
【专利摘要】本发明涉及一种在电磁干扰环境下的能量有效的WSN路由协议设计方法。包括建立梯度模型、路由的构建、数据的稳定传输和路由的维护；采用基于跳数的梯度建立模型，节点根据自身梯度值选择比自己更接近汇聚节点的中间节点进行数据的转发，避免了回路的产生；在下一跳中继节点选取的过程中，通过基于节点剩余能量、节点间的相对位置、节点与干扰区域的相对位置的考虑动态选择下一跳节点；路由的构建是中继节点根据自身的路由代价相应的加入延时，目的节点记录最先发来的RREQ消息后，发送RREP处理消息进行应答，源节点接收到RREP应答后，路由即建立。提高路由抗干扰性的同时，降低网络能量开销，达到了延长网络的生命周期并且较好的解决了无线传感器网络受干扰的问题。
【IPC分类】H04W40/20, H04W40/16, H04W52/02, H04W40/10
【公开号】CN105357731
【申请号】CN201510660822
【发明人】李锡忠, 李希元, 冯晓明, 冯伟, 郑炜亮, 孙超, 谢晖, 李维海, 段有重, 郑薇
【申请人】国网辽宁省电力有限公司营口供电公司, 国家电网公司
【公开日】2016年2月24日
【申请日】2015年10月14日