一种基于多路径的无线传感器网络数据流量分流路由方法
【专利摘要】一种基于多路径的无线传感器网络数据流量分流路由方法，涉及一种无线传感器网络技术方法，所述方法运用了MDFD数据流量分流的方法来均衡网络节点的能量消耗，使全部网络节点可以保持平稳的能量消耗，使网络规模在生存周期内基本可以保持不变；为了让传感器结点在选择合适路径时节省计算开销，MDFD采用可靠性评估参数来选择合适的路径；用节点的状态信息计算出单节点的可靠性评估值；在考虑节点剩余能量时，只考虑将要参加下一跳路由竞选的节点；该方法可以有效地解决无线传感器节点能耗问题，可以有效地延长无线传感器网络的生命周期，缓解能耗问题使无线传感器网络工作受阻的情况。
【专利说明】
-种基于多路径的无线传感器网络数据流量分流路由方法
技术领域
[0001] 本发明设及一种无线传感器网络技术方法，特别是设及一种基于多路径的无线传 感器网络数据流量分流路由方法。
【背景技术】
[0002] 当今，随着无线传感器网络的迅速发展，无线传感器网络被广泛地应用于社会的 各个领域，而无线传感器网络的问题也日益突出。由于无线传感器网络的工作环境非常复 杂，此外，无线传感器网络节点的能量有限、带宽和存储等硬件资源有限都是限制无线传感 器节点是否能正常工作的因素。特别是传感器节点的能耗问题，由于无线传感器网络中无 线通信节点的能量消耗是由电池的能量所决定的，而无线传感器网络的工作环境决定了其 不能够更换电池，运极大的影响了无线传感器网络的工作状态。如果不能很好解决无线传 感器网络中通信节点的能耗问题，将不利于整个自组网络长期稳定的通信。节点的能量多 少直接关系到节点的生命周期，也关系到网络的生命周期。同时，路由协议作为数据通信路 径选择的主要协议，合理的选择和控制数据传输路径是非常重要的。因此，对于能耗问题， 也成为了无线传感器网络路由协议设计首先考虑的关键因素之一。然而，现有的数据传输 路径方法并没能够很好地满足无线传感器网络的应用需求。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于提供一种基于多路径的无线传感器网络数据流量分流路由方 法，该方法运用了 MDFD数据流量分流的方法来均衡网络节点的能量消耗，使全部网络节点 可W保持平稳的能量消耗，使网络规模在生存周期内基本可W保持不变，使之无线传感器 网络达到高效节能的目的。
[0004] 本发明的目的是通过W下技术方案实现的： 一种基于多路径的无线传感器网络数据流量分流路由方法，所述方法运用了 MDFD数据 流量分流的方法来均衡网络节点的能量消耗，使全部网络节点可W保持平稳的能量消耗， 使网络规模在生存周期内基本可W保持不变;为了让传感器结点在选择合适路径时节省计 算开销，MDFD采用可靠性评估参数来选择合适的路径；用节点的状态信息计算出单节点的 可靠性评估值。在考虑节点剩余能量时，只考虑将要参加下一跳路由竞选的节点。若源节点 S到目标节点d-共X个节点组成一条路径P，则该路径的可靠性评估值为：
然后进行路径的创建，包括1)起始:所有节点会向邻节点发送一条初始化的消息，当 相邻结点收到消息后会建立并维护一张 Information表，运张表记录了邻节点的ID和相关 参数及度量值;2)路径发现：当初始化工作完成后，各个节点就会将可靠性评估值R最大的 邻节点选为下一跳路由节点，然后发出路由请求消息； 再进行路由的更新，MDFD采用按接收数据包大小更新路由：首先设置一个接收数据包 阀值Tab)，在目的节点记录接收数据包的大小，初始值为0，当接收数据包的大小超过T时， 记录重置，撤销W创建的路径，经路径包含的结点的using状态值变为0。然后按照之前的规 则重新进行路径的创建。
[0005] 所述的一种基于多路径的无线传感器网络数据流量分流路由方法，所述路由请求 消息中会包含源节点和目的节点的地址、与此节点的距离、中间信道的质量、路由请求消息 的有效时长、路径的标识信息。
[0006] 所述的一种基于多路径的无线传感器网络数据流量分流路由方法，所述节点收到 路由请求消息，如果符合条件并接受路由请求，会返回一个确认消息，确认消息中包含此节 点的地址、节点的状态信息和路径可靠性评估。
[0007] 所述的一种基于多路径的无线传感器网络数据流量分流路由方法，所述节点转发 路由消息的条件包括当节点比上一跳节点距离目的节点更近、距离源节点更远时才能转发 路由请求，否则拒绝路由请求；当节点状态达到饱和后，会拒绝接受其余路径发送的路由请 求消息。
[000引本发明的优点与效果是： 1.本发明根据传输数据大小设定的更新策略具有更好的使用性，可W根据网络中传输 数据的情况动态调整路由更新频率，相对于传统的周期性路由更新策略，最大程度减少能 量损耗，延长网络生存周期。
[0009] 2.本发明在无线传感器网络中，节点的能量受限是一直要解决的问题。我们提出 了一种采用可靠性评估参数的基于多路径的数据流量分流方法，来改善无线传感器网络中 节点的能耗问题和延长网络的寿命。
[0010] 3.本发明针对无线传感器网络的特点，采用基于可信赖参数的多路径数据流量分 配方法，该方法可W有效地解决无线传感器节点能耗问题，可W有效地延长无线传感器网 络的生命周期，缓解能耗问题使无线传感器网络工作受阻的情况，发明了一种适合无线传 感器网络环境特点的多路径数据流量分配方法。
【附图说明】
[0011] 图1为本发明技术路径发现图。
[0012] 图中：主路径:1-2-3-4-5;次路径:1-7-8-9-5。
【具体实施方式】
[0013] 下面结合实施例对本发明进行详细说明。
[0014] 本发明多路径数据流量分流路由方法MDFD(Multi-path Data Flow Distribution)。
[001引为了让无线传感器网络达到高效节能的目的，本发明运用了MD抑数据流量分流的 方法来均衡网络节点的能量消耗，使全部网络节点可W保持平稳的能量消耗，使网络规模 在生存周期内基本可W保持不变。
[0016]为了让传感器结点在选择合适路径时节省计算开销，MDFD采用可靠性评估参数来 选择合适的路径。iy表示任一节点，每个11^节点都与a节点相邻，表1为节点的各个 参数： 表1节点状态参数
如果b节点想要成为a节点的下一跳节点，则必须满足下式： i
式1用节点的状态信息计算出单节点的可靠性评估值。在考虑节点剩余能量时，只考虑 将要参加下一跳路由竞选的节点。若源节点S到目标节点d-共X个节点组成一条路径P，则 该路径的可靠性评估值为：
路径的创建： 无线传感器网络中的节点会收集其可控范围内节点的信息，源节点根据运些信息来选 择、创建到达目的节点的各条路径，并从中选取最优路径。运些路径的节点是可W相交的， 即除了源节点跟目的节点外中间可W存在共用的结点，相交节点的剩余能量经过计算是可 W满足数据传输需求的。节点相交的多路径容错能力强，更合理的利用了整个网络资源，能 量优化的节点相交多路径避免了因重复利用节点而导致节点能耗过快、过早死亡的问题。 有研究表明能量优化的节点相交路径的路由性能要好于传统多路径路由。
[0017]仓幡过程： 1)起始 所有节点会向邻节点发送一条初始化的消息，当相邻结点收到消息后会建立并维护一 张 Informat ion表，运张表记录了邻节点的ID和相关参数及度量值。初始化消息中包含的内 容有源节点的ID、可用缓存大小、剩余能量、信道质量、距此节点的距离。
[001引 2)路径发现 当初始化工作完成后，各个节点就会将可靠性评估值R最大的邻节点选为下一跳路由 节点，然后发出路由请求消息。路由请求消息中会包含源节点和目的节点的地址、与此节点 的距离、中间信道的质量、路由请求消息的有效时长、路径的标识信息。节点收到路由请求 消息，如果符合条件并接受路由请求，会返回一个确认消息，确认消息中包含此节点的地 址、节点的状态信息和路径可靠性评估。节点转发路由消息的条件： a) 当节点比上一跳节点距离目的节点更近、距离源节点更远时才能转发路由请求，否 则拒绝路由请求； b) 当节点状态达到饱和后，会拒绝接受其余路径发送的路由请求消息。
[0019] 条件a保证在路径可靠性基础上下一跳向目的节点方向收敛，条件b保证节点不会 过早死亡。
[0020] 传感器网络用可靠性评估值R来选取下一跳路由节点，可靠性评估值越大，其当选 下一跳节点的优先级越高，W此类推，如果优先级最大的节点不能满足路由消息转发的条 件，将按照优先级依次往下筛选，直至有符合条件的节点加入路径。满足条件的下一跳节点 会将using的值由ο变为1，表明此节点W加入某一条路径，同时节点会查看其剩余能量，当 剩余能量大于节点总能量的65%时，会继续接受其他结点发来的路由请求信息，直至剩余能 量低于总能量的65%时，节点不再接收路由请求消息，节点会将其using的值变为100,表示 节点W达到饱和状态，同时更新邻节点表和路由请求消息，继续按照条件选取下一跳节点， 转发路由请求，直至路由请求消息达到目的节点，当同时有多个节点的R值满足条件时，节 点根据收集到的信息会优先选取using值为0的节点作为下一跳节点，using值越小优先级 越高，当出现多个节点US ing值相同时，选取R值较大的作为下一跳节点。
[0021] 当下一跳节点为目的节点时，目的节点会向源节点发送一个路径确认消息，源节 点收到此消息后会更细自己与目的节点的路由表，至此，路径创建完成。
[0022] 发现的第一条路径成为主路径，主路径创建完毕后，源节点会继续按W上步骤发 现其余符合条件的可用路径。W图1为例，主路径1-2-3-4-5已经创建完毕，当创建次路径 时，节点7会向节点6发送路由请求信息，但是节点6与目的节点是反方向路径上，所W节点6 会向节点7返回拒绝消息。然后节点7根据收集到的信息再向节点2发送路由请求信息，但此 时如果节点2达到饱和状态，using值变为100，节点2就不满足转发路由消息的条件，就会把 节点7的路由请求消息丢弃，并且返回一个拒绝消息说明此节点已饱和。节点7收到拒绝消 息后会在自己的Infortation表中将节点2标记，然后继续选择下一节点，向节点8发送路由 请求消息，节点8符合要求，接收路由请求并返回确认消息，至此下一跳节点选择完成。节点 8会继续选择下一跳路由节点，假如此时节点4和节点9的可靠性评估值相同并且都符合转 发路由消息的条件，节点8会根据using值进行选择，因节点4已经在一条路径中，所W节点4 的using值为1，但节点9的using值为0,最终节点8选取节点9为下一跳节点。重复W上路由 节点选择过程直至发现目的节点。目的节点返回路由确认消息，至此，次路径发现完毕。
[0023] 图1为路径发现图；图中主路径:1-2-3-4一5;次路径:1 一7一8一9一5。
[0024] 当路径创建完毕后，通信数据可沿两条路径同时传输数据，既增加了其容错性又 增加了其对带宽的利用率。
[00巧]路由的更新： MD抑采用按接收数据包大小更新路由：首先设置一个接收数据包阀值Tab)，在目的节 点记录接收数据包的大小，初始值为0,当接收数据包的大小超过T时，记录重置，撤销W创 建的路径，经路径包含的结点的using状态值变为0。然后按照之前的规则重新进行路径的 创建。
【主权项】
1. 一种基于多路径的无线传感器网络数据流量分流路由方法，其特征在于，所述方法 运用了 MDro数据流量分流的方法来均衡网络节点的能量消耗，使全部网络节点可以保持平 稳的能量消耗，使网络规模在生存周期内基本可以保持不变;为了让传感器结点在选择合 适路径时节省计算开销，MDro采用可靠性评估参数来选择合适的路径；用节点的状态信息 计算出单节点的可靠性评估值;在考虑节点剩余能量时，只考虑将要参加下一跳路由竞选 的节点;若源节点S到目标节点d-共X个节点组成一条路径P，则该路径的可靠性评估值为：然后进行路径的创建，包括1)起始:所有节点会向邻节点发送一条初始化的消息，当 相邻结点收到消息后会建立并维护一张Informat ion表，这张表记录了邻节点的ID和相关 参数及度量值;2)路径发现：当初始化工作完成后，各个节点就会将可靠性评估值R最大的 邻节点选为下一跳路由节点，然后发出路由请求消息； 再进行路由的更新，MDFD采用按接收数据包大小更新路由：首先设置一个接收数据包 阀值T(kb)，在目的节点记录接收数据包的大小，初始值为0，当接收数据包的大小超过T时， 记录重置，撤销以创建的路径，经路径包含的结点的using状态值变为0,然后按照之前的规 则重新进行路径的创建。2. 根据权利要求1所述的一种基于多路径的无线传感器网络数据流量分流路由方法， 其特征在于，所述路由请求消息中会包含源节点和目的节点的地址、与此节点的距离、中间 信道的质量、路由请求消息的有效时长、路径的标识信息。3. 根据权利要求1所述的一种基于多路径的无线传感器网络数据流量分流路由方法， 其特征在于，所述节点收到路由请求消息，如果符合条件并接受路由请求，会返回一个确认 消息，确认消息中包含此节点的地址、节点的状态信息和路径可靠性评估。4. 根据权利要求1所述的一种基于多路径的无线传感器网络数据流量分流路由方法， 其特征在于，所述节点转发路由消息的条件包括当节点比上一跳节点距离目的节点更近、 距离源节点更远时才能转发路由请求，否则拒绝路由请求;当节点状态达到饱和后，会拒绝 接受其余路径发送的路由请求消息。
【文档编号】H04W40/10GK105873162SQ201610438539
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年6月20日
【发明人】王军, 徐万, 徐万一, 张亚君, 马德朋
【申请人】沈阳化工大学