一种基于无线传感器网络的协商路由算法
【专利摘要】本发明公开了一种基于无线传感器网络的协商路由算法，包括下述步骤：S1、结合太阳能采集模块改变节点传播半径；S2、结合分层模块进行路径选择，进行路径分层的策略是:以通讯距离为半径，以汇聚节点为圆心进行分层；将节点所处层数记录在节点中；节点进行邻居表建立，通过层数比较，进行邻居表的分类；节点根据分层和邻居表的参数，求出omega系数；S3、设置一个热点记录数字Nhot,作为Req包回传时的附加信息，作为选择节点的判断，尽量减少热点问题；S4、记录下一跳节点的ID，减少已有路径传播数据的选择时间，将已经选择的路径存储在节点中。本发明在选择传播节点时考虑邻居节点的层数，进行优劣性的评定，提高传播路径的效率。
【专利说明】
一种基于无线传感器网络的协商路由算法
技术领域
[0001] 本发明涉及无线传感网络的研究领域，特别涉及一种基于无线传感器网络的协商 路由算法。
【背景技术】
[0002] 无线传感器网络(Wireless Sensor Network)就是在一定区域内分布大量的传感 器，通过节点间的信息传递，进行一定区域内的监视，相较于传统的网络，无线传感器网络 属于自组织网络，无须基站的建立，可以做到随用随建的特性，具有比较强的适应性，不拘 束于地形的限制，因此可以在一些比较恶劣的环境进行监控，由于传感器结构简单，造价低 的特点，还可以在人力需求较大的场景进行实施，基于以上的特点，研究传感器网络在当下 是一个重要的发展契机。
[0003] 无线传感器网络作为新一代的传感器网络，具有非常广泛的应用前景，其发展和 应用，将会给人类的生活和生产的各个领域带来深远影响。发达国家如美国，非常重视无线 传感器网络的发展，IEEE正在努力推进无线传感器网络的应用和发展，波士顿大学(Boston University)还创办了传感器网络协会（Sensor Network Consortium)，期望能促进传感器 联网技术开发。美国的《技术评论》杂志在论述未来新兴十大技术时，更是将无线传感器网 络列为第一项未来新兴技术，《商业周刊》预测的未来四大新技术中，无线传感器网络也列 入其中。可以预计，无线传感器网络的广泛是一种必然趋势，它的出现将会给人类社会带来 极大的变革。
[0004] 因为传统传感器大多采用一次设备进行能量补充，而传感器又大多分布在人力难 以到达的地方，所以传感器的生命周期受限于能源，对于传感器网络来说，一旦大量的传感 器失去工作而没有新的传感器补充时，网络也就会因为链路断开而不能正常工作，所以一 直以来，传感器能量问题成为研究传感器网络的瓶颈问题。
【发明内容】
[0005] 本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于无线传感器网 络的协商路由算法，在以太阳能为能量补充的前提上进行对SPIN算法的优化，在保证传感 器网络生命周期的同时提高数据传递的准确性，并减少数据传输的延迟。
[0006] 为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
[0007] 本发明提供了一种基于无线传感器网络的协商路由算法，包括下述步骤：
[0008] S1、结合太阳能采集模块改变节点传播半径；
[0009] S2、结合分层模块进行路径选择，进行路径分层的策略是：
[0010]以通讯距离为半径，以汇聚节点为圆心进行分层;将节点所处层数记录在节点中； 节点进行邻居表建立，通过层数比较，进行邻居表的分类;节点根据分层和邻居表的参数， 求出omega系数；
[0011] S3、设置一个能量阈值Ethrshcild，用于防止邻居节点不够能量进行传播，只有当邻居 节点能量大于能量阈值时，邻居节点才会回传 req包，同时，为了防止某一节点成为太多节 点的选择，造成网络中节点使用不均匀，形成热点效应问题，设置一个热点记录数字Nhcit，当 节点N hcit大于设定值时，节点在选择邻居节点时先排除，只有没有适合的邻居节点选择时， 才选择最小Nh〇t系数的节点，尽量减少热点问题，因此req包应加上Nh〇t;
[0012] S4、记录下一跳节点的ID，减少已有路径传播数据的选择时间，将已经选择的路径 存储在节点中，其格式如下：
[0013]
[0014]当数据在记录不为空的节点传播时，节点首先选择下一跳ID进行单播adv包，若经 过一个延迟时间没有接收到req包，则清空记录ID，重新进入选择下一跳节点工作，在选择 好下一跳节点后，将下一跳节点ID重新写入节点存储信息中。
[0015]作为优选的技术方案，步骤S1中，结合太阳能采集模块改变节点传播半径的步骤 具体为：
[0016]太阳光与传感器之间的角度用8代表，〇 ，用系数μ代表节点利用太阳光 的效率，则μ = 1 -cm f，〇. 5<μ<丨；考虑到节点在网络中比较均匀的分布，设邻居节点数目 为N，节点传输半径为R，贝1JNaR，当节点0越小时，节点的太阳能采集速率越小，考虑到SPIN-ΡΡ算法中，节点采取点对点的方式进行通信，设E s为源节点由于发送数据消耗的能量，Eadv 为发送广告包消耗的能量Edata为发送数据消耗的能量，则有源节点消耗能量公式为：
[0017] Es = NXEadv+NX Edata
[0018] 源节点消耗的能量与邻居数N成正相关，所以传感器网路中的传感器通信半径应 与节点太阳能采集速率有关系，为了防止节点因为通信半径太短导致源节点没有足够的邻 居节点提供选择，采用公式：
[0019]
[0020]其中R代表节点传播半径。
[0021]作为优选的技术方案，步骤S2具体为：
[0022] S21、建立邻居表已经对邻居表进行分层，邻居表通过向通信半径发送建立邻居表 信息，当建立邻居表后，节点通过层数信息，了解到邻居节点所属层数，根据自身节点层数 与邻居节点层数，节点可以判断邻居节点分别与自身的关系；
[0023] S22、建立方向性传播参数ω，ω代表节点的优秀程度，因为ω是表示节点上一层 邻居，下一层邻居，同层邻居数的参数，所以应该与上一层邻居数、下一层邻居数、同层邻居 数相关，因此，可以得出相关公式：
[0024]
[0025]其中Nl?、Nsame、Nhigh、Nall分别代表下一层邻居数，上一层邻居数，同层邻居数；
[0026] S23、选择传输过程中的节点，通过单跳方式进行传播，即节点每次都只选择一个 邻居节点进行数据传输，然而为了选出最优路径，在广告包传播时应该尽可能向优化的节 点广播，然后根据ω进行选择，并对节点进行的分类。
[0027] 作为优选的技术方案，步骤S21中，邻居节点层数与自身节点层数包括三种关系：
[0028] 1)邻居节点层数〉自身节点层数；
[0029] 2)邻居节点层数=自身节点层数；
[0030] 3)邻居节点层数〈自身节点层数；
[0031] 根据邻居节点层数与自身节点层数的比较，将邻居表划分为三个更小的区间，分 别是最优选择邻居，次优选择邻居，最劣选择邻居，因此，节点存储信息如下：
[0032]
[0034]作为优选的技术方案，步骤S22中， ?,6χ-Ν\η
[0035] 当节点邻居全部为下一层邻居节点时，& = λ「," ω =0.6；
[0036] 当节点邻居全部为同层邻居节点时，&..=' μ: ^ ω =0.3；
[0037] 当节点邻居全部为上一层邻居节点时，ω =0.1。
[0038] 根据以上参数可得，0.1 < ω <0.6,且ω越大时代表节点越有可能拥有下层邻居， 故传感器的信息为：
[0039]
[0040] 作为优选的技术方案，步骤S23中，节点有下述三种传播方式：
[0041] 1)节点有最优选择邻居节点时，节点向最优选择邻居节点广播广告包；
[0042] 2)节点没有最优选择邻居节点，有次优选择邻居节点时，向次优选择邻居节点广 播广告包；
[0043] 3)节点没有最优选择邻居节点和次优选择邻居节点，向最劣选择邻居节点广播广 告包。
[0044] 作为优选的技术方案，步骤S3中，为防止没有合适的邻居节点传回req包，引入一 个定时机制，源节点在开始广播广告包后，同时开始计时，在计时结束时仍然没有收到req 包时，则默认在这种模式下没有适合的邻居作为传输，因此，向次优级邻居进行广播广告 包，进行再一次协商交流，当节点已经向上一层邻居已经进行广播但仍未收到req包时，则 从已收到req包的节点中选择一个ω参数最大的进行传播，保证数据正常传输，不会丢失数 据。
[0045] 作为优选的技术方案，步骤S3中，
[0046] 能量阈值设定为进行一次完整的传输所需要的数据，当节点能量小于阈值时，节 点会将自身的信号位设置为〇,表示不参与数据传输，保证节点能保证正常工作的能量，当 节点能量由于吸收太阳能而增大后，在能重新工作时将信息位置为1，代表回归工作状态；
[0047] 同时在节点NhQt系数在节点经过一定时间内没有进行数据传输时，重置为0，减少 一些不常用路径占住节点资源而不进行通信，减少一些放置在比较重要路径上的资源浪 费，优化路径。
[0048] 作为优选的技术方案，步骤S4中，还包括下述步骤：
[0049] 对下一跳节点进行adv包的传播，如果返回req包且Nhcit小于热点阈值，则直接选择 此节点作为下一跳节点，若没有传回req，则重新进入选择邻居节点的过程。
[0050] 本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
[0051] 1)本发明提出了一种基于分层结构，在选择传播节点时考虑邻居节点的层数，进 行优劣性的评定，再通过比较邻居节点可能存在优秀路径的参数ω进行选择传播节点，采 用单跳的方式，在减少网络负担的同时，提高传播路径的效率，通过减少参与传播路径的节 点，提尚网络的效率。
[0052] 2)当选定源节点后，源节点可以比较邻居节点的层数，在传播adv包时有方向性的 传播，减少了原理汇聚节点方向的节点参与到传播过程中，在同时收到多个邻居节点发来 的req包时，比较邻居节点ω，选择有一个最大的进行传播，保证了路径的正确性，同时，为 了避免单跳网络中常见的数据丢失问题，节点在收到数据后需要发送一个已收到信息给源 节点，这就导致了SPIN-S比传统SPIN传播上多了大约20%的传播延迟时间。
[0053] 3)本发明在传统的SPIN路由协议中加入能量采集装置，根据节点太阳能采集效率 进行半径改变，减少节点能耗。
[0054] 4)本发明将传统SPIN算法中邻居表的建立从节点需要传播数据时建立提前至节 点布置结束，开始工作前的时间，利用可充能优势，进一步优化网络能量的使用，减少节点 在传输过程中的能量消耗。
[0055] 5)本发明提出了一种基于分层结构的最优路径选择方式，引入节点优秀邻居的概 念，通过判断omega系数的大小，选择最有可能接近汇聚节点的邻居进行单跳传播。
【附图说明】
[0056] 图1是本发明装置的流程图；
[0057] 图2是本发明进行路径分层的策略；
[0058]图3是本发明的区域分层图；
[0059]图4是本发明的节点邻居分布图；
[0060]图5是本发明节点传播的流程图；
【具体实施方式】
[0061]下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限 于此。
[0062] 实施例
[0063]本发明的基于无线传感器网络的协商路由算法，从下述四个方向进行改进：：减少 节点能量的消耗;减少传播时延;解决传播盲区的问题;尽可能优化路径。针对传感器能量 可以通过太阳能能量采集装置恢复的特点，提出一种基于SPIN-PP的最优路径选择的路由 协议，简称为SPIN-S。因为传感器装置属于可充能设备，理想状态下传感器在一段时间过后 可以恢复到初始状态，利用这一点，提出一种改进方向，将源节点选择邻居节点作为传播节 点时的邻居选择操作尽量简化，将邻居表建立等问题尽可能在节点处于空闲时期建立，因 此，选择在节点布置好以后，开始工作前建立邻居表等计算，这样就比较均衡的分担节点的 能量使用，减少节点在通信时消耗的能量。
[0064] 如图1所示，本实施例基于无线传感器网络的协商路由算法包括下述步骤：
[0065] S1、结合太阳能采集模型改变节点传播半径
[0066] 即使处在同一区域内，太阳光强度依然会随着太阳的照射角度和障碍物因素产生 细微的差别，导致各传感器的太阳能采集速率依然会有所差异，太阳光与传感器之间的角 度用0代表0° Μ<90°，用系数μ代表节点利用太阳光的效率，则M = l-cosd，0.5<μ<1。考 虑到节点在网络中比较均匀的分布，设邻居节点数目为Ν，节点传输半径为R，则NaR，当节 点S越小时，节点的太阳能采集速率越小，考虑到SPΙΝ-ΡΡ算法中，节点采取点对点的方式进 行通信，设匕为源节点由于发送数据消耗的能量，E adv为发送广告包消耗的能量Edata为发送 数据消耗的能量，则有源节点消耗能量公式为：
[0067] Es = N X Eadv+N X Edata
[0068] 源节点消耗的能量与邻居数N成正相关，所以传感器网路中的传感器通信半径应 与节点太阳能采集速率有关系，为了防止节点因为通信半径太短导致源节点没有足够的邻 居节点提供选择，采用公式：
[0069] R = R X (0.5 +
[0070] 其中R代表节点传播半径。
[0071 ] S2、结合分层模型进行路径选择；
[0072] 策略分析以及具体操作如图2所述，以通讯距离为半径，以汇聚节点为圆心进行分 层;将节点所处层数记录在节点中；节点进行邻居表建立，通过层数比较，进行邻居表的分 类;节点根据分层和邻居表的参数，求出omega系数。SPIN改进算法SPIN-E和SPIN-D，虽然两 种算法都在能量消耗、传播盲区、减少时延问题进行了改进，但是这两个算法在选择路径问 题上还有不足。其中SPIN-E在选择问题上主要通过节点邻居节点的剩余能量大小为主要判 断依据，虽然这样可以保证数据可以在节点间持续传播，不会因为节点能量问题而发生停 止传播的问题，导致数据丢失。
[0073] 由于源节点选择邻居的方式为判断能量大小，因此源节点可能会向远离汇聚节点 方向传播，浪费网络中更多的网络，因此节点的能量利用率降低。至于SPIN-D，采用了随机 的方式进行邻居的选择，这样的选取节点的方式照样没有方向性，非常可能产生远离汇聚 节点方向传播方向的传播路径。网络中的能量消耗与传播时间与传播路径是紧密相关的， 能量消耗Enetwork和传播时间T都与经过的节点呈正相关关系，设经过的节点数为N_ ng，即 Enetwork ^ Namong ? T 〇c N_ng，因此在SPIN-PP中加入路径方向的选择，尽量使节点传播路径接近 于汇聚节点，减少不必要的网络能量消耗以及时间延迟。
[0074] 为解决以上的问题，因此，进行以下改进：以汇聚节点为圆心，以1?、21?、31?、41?等长 度为半径，进行区域分层，R为传感器传播半径，效果如图3。
[0075]图3中黑色实心圆为汇聚节点，通过汇聚节点为圆心，以半斤为nR作同心圆。η根据 监控区域进行选择，且nR大于监控区域最大距离。因为以nR为半径的同心圆覆盖了监控区 域，因此所有传感器都在某一个同心圆上，用η表示所在层数。
[0076]因此传感器的存储格式为：
[0077]具体实现步骤如下：
[0078]①建立邻居表已经对邻居表进行分层
[0079]邻居表通过向通信半径发送建立邻居表信息建立，与spin相同。当建立邻居表后， 节点可以通过层数信息，了解到邻居节点所属层数，根据判断自身层数与邻居节点层数，节 点可以判断邻居节点分别与自身的关系，一共有三种关系：
[0080] 1)邻居节点层数〉自身节点层数。
[0081] 2)邻居节点层数=自身节点层数。
[0082] 3)邻居节点层数〈自身节点层数。
[0083]根据邻居节点层数与自身节点层数的比较，可以将邻居表划分为三个更小的区 间，分别是最优选择邻居，次优选择邻居，最劣选择邻居，因此，节点存储信息如下：
[0084]
[0085] 效果如图4所示，图中实心圆为随机节点，矩形为最优选择邻居节点，菱形为次优 选择邻居节点，星形为最劣选择邻居节点，同心圆为随机节点的传播范围。通过这样分层， 每个节点一般有三种邻居表：
[0086] 1)有最优选择邻居节点；
[0087] 2)没有最优选择邻居节点，有次优选择邻居节点；
[0088] 3)只有最劣选择邻居节点。
[0089]②建立方向性传播参数ω
[0090] 因为汇聚节点处于第一层包围的同心圆中，所以我们总是希望节点数据向第一层 方向传播，因此，拥有下一层节点的邻居是我们最优选择，但是，如果源节点Α下一层邻居节 点B没有下一层节点，B节点将向同层节点传播，这样就多一传播才能进入下一层的节点，万 一B节点只有同层节点，这样B节点就必须向上一层节点传播，这种情况下最好的情况下还 需要多两次传播才能进入下一层，这就需要浪费我们更多网络的能量和时间去进行传播， 这是非常浪费的选择，为了减少这方面的浪费，本申请这里引入参数ω，ω代表节点的优化 程度，因为ω是表示节点上一层邻居，下一层邻居，同层邻居数的参数，所以应该与上一层 邻居数、下一层邻居数、同层邻居数相关，因此，可以得出相关公式：
[0091]
[0092]其中1^1。》、队31116、池1811、111分别代表下一层邻居数，上一层邻居数，同层邻居数。
[0093] 当节点邻居全部为下一层邻居节点时，:??=^，ω=〇.6;
[0094] 当节点邻居全部为同层邻居节点时，? = $，ω =〇. 3;
[0095] 当节点邻居全部为上一层邻居节点时，《 = ^，ω =〇. 1。
[0096] 关系如表1所述：
[0097]表 1
[0098]
[0099]
[0100] 根据以上参数可得，0.1 < ω <0.6,且ω越大时代表节点越有可能拥有下层邻居。 因为增添了 ω参数。
[0101] 所以传感器信息为：
[0102] ③传输过程中邻居节点的选择
[0103]因为是基于SPIN-PP算法进行的改进，因此采用点对点模式进行数据传输，如果对 所有邻居节点都传播，假设节点平均邻居节点为η个，则每个节点平均消耗能量为η倍，这样 不仅会造成网络中多余数据包的流通，还会降低节点的能量利用率，为了解决这个问题，我 们选择进行单跳方式传播，即节点每次都只选择一个邻居节点进行数据传输，然而为了选 出最优路径，在广告包传播时应该尽可能向优化的节点广播，然后根据上文提到的ω进行 选择，因为上文已经引入了分层的概念，根据上文对节点进行的分类，一共有三种传播方 式：
[0104] 1)节点有最优选择邻居节点时，节点向最优选择邻居节点广播广告包；
[0105] 2)节点没有最优选择邻居节点，有次优选择邻居节点时，向次优选择邻居节点广 播广告包；
[0106] 3)节点没有最优选择邻居节点和次优选择邻居节点，向最劣选择邻居节点广播广 告包。
[0107] 这样分级传播可以减少节点在传播广告包时的负担，减少一部分消耗，同时也减 少不在选择传播范围内的邻居节点的负担。
[0108] 在这里引入一个个信息位，信息位为一个bite位，只有两种状态，分别是1和0，当 节点处于能接受信息状态，信息位为1;当节点处于不能接受信息状态，信息位为〇;
[0109]节点信息位与是否接受过此数据包有关，当节点已接受相同数据包，则置为〇,这 样就可以防止信息回路的产生，解决死循环问题，信息位在完成一次传输后会全部重置为 1〇
[0110] 当邻居节点收到广告包后，检查自身信息位，若为1，则回传一个req包，req包包含 节点ID，ω信息。
[0113] S3、数据丢失和节点使用频率过高的解决方法
[0111]
[0112]
[0114] 为了防止邻居节点不够能量进行传播，因此设置一个能量阈值Ethrshcild，只有当邻 居节点能量大于能量阈值时，邻居节点才会回传 req包，同时，为了防止某一节点成为太多 节点的选择，造成网络中节点使用不均匀，形成热点效应问题，设置一个热点记录数字池。*， 当节点Nh〇t大于设定值时，节点在选择邻居节点时先排除，只有当没有适合的邻居节点选择 时，才选择最小Nh〇t系数的节点，尽量减少热点问题，因此req包应加上Nh〇t。
[0115] 同时，为了防止没有合适的邻居节点传回req包，这里引入一个定时机制，源节点 在开始广播广告包后，同时开始计时，在计时结束时仍然没有收到req包时，则默认在这种 模式下没有适合的邻居作为传输，因此，向次优级邻居进行广播广告包，进行再一次协商交 流，当节点已经向最劣层邻居已经进行广播但仍未收到req包时，则从已收到req包的节点 中按照邻居节点优到劣的顺序从中选取热点值最低的一个邻居节点进行传播数据。
[0116] 能量阈值设定为进行一次完整的传输所需要的数据，当节点能量小于阈值时，节 点会将自身的信号位设置为〇,表示不参与数据传输，保证节点能保证正常工作的能量，当 节点能量由于吸收太阳能而增大后，在能重新工作时将信息位置为1，代表回归工作状态。
[0117] 同时在节点Nhcit系数在节点经过一定时间内没有进行数据传输时，重置为0，减少 一些不常用路径占住节点资源而不进行通信，减少一些放置在比较重要路径上的资源浪 费，优化路径。
[0118] S4、加入记录下一跳节点ID的功能，减少已有路径传播数据的选择时间 [0119]为了减少选择时延，我们将节点已经选择的路径存储在节点中，如下格式：
[0120]
[0121] 下一跳ID记录节点在上一次选择时通过的路径，因为网络中节点位置一般不改 变，当某一已经进行过通信的节点再一次接受到信息是，没有必要再次选择，但是由于邻居 节点不一定满足通信的内容，所以先对下一跳节点进行adv包的传播，如果返回req包且N hQt 小于热点阈值，则直接选择此节点作为下一跳节点，若没有传回req，则重新进入选择邻居 节点的过程，具体流程如图5。
[0122] 可以看出，在节点存储数据上，改进算法增加了五个数据位，在req包回传上，将回 应数据替换为〇mega( ω )参数以及热点数。
[0123] 本申请利用结合能量采集模型的特点，将节点邻居表建立的工作放置在网络开始 工作前，更均匀的分担能量消耗；
[0124] 1)采用分层模型将监视区域分层，引入优先级邻居概念，通过层数比较引导节点 进行有方向的数据传播；
[0125] 2)根据邻居节点优先级进行广播广告包，从优到劣的选择邻居节点作为传播节 点，减少能量消耗；
[0126] 3)采用单跳传播方式，减少网络中的数据包传输，减少网络负担；
[0127] 4)引入热点概念，在选择传播邻居是考虑邻居的热点问题，均匀分担能量消耗，防 止一些节点因为位置问题导致过快能量消耗导致退出工作状态；
[0128] 5)邻居节点根据自身能量考虑是否足以承担数据传播问题，判断不足则不返回请 求包，降低节点因为能量不足导致数据丢失的问题。
[0129] 改进参数：
[0130] 1)网络能量消耗；
[0131] 2)汇聚节点接收到信息的时间延迟；
[0132] 3)是否会产生数据丢失；
[0133] 4)网络中会否产生死循环问题；
[0134] 5)节点的热点问题；
[0135] 6)节点传播路径的选择问题。
[0136] 根据以上改进方向，分别将传统SPIN算法、改进算法SPIN-E、改进算法SPIN-D和本 申请提到的改进算法SPIN-S进行相关参数的比较，从理论上分析三种改进算法分别对传统 SPIN算法存在问题的解决程度以及方式的区别。
[0137] 上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的 限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化， 均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种基于无线传感器网络的协商路由算法，其特征在于，包括下述步骤： 51、 结合太阳能采集模块改变节点传播半径； 52、 结合分层模块进行路径选择，进行路径分层的策略是： 以通讯距离为半径，以汇聚节点为圆心进行分层;将节点所处层数记录在节点中；节点 进行邻居表建立，通过层数比较，进行邻居表的分类;节点根据分层和邻居表的参数，求出 omega系数； 53、 设置一个能量阈值Ethrshcild,用于防止邻居节点不够能量进行传播，只有当邻居节点 能量大于能量阈值时，邻居节点才会回传 req包，同时，为了防止某一节点成为太多节点的 选择，造成网络中节点使用不均匀，形成热点效应问题，设置一个热点记录数字N hcit,当节点 Nhcit大于设定值时，节点在选择邻居节点时先排除，只有没有适合的邻居节点选择时，才选 择最小Nhot系数的节点，尽量减少热点问题，因此req包应加上Nhot; 54、 记录下一跳节点的ID，减少已有路径传播数据的选择时间，将已经选择的路径存储 亦书点中，其格式加下；当数据在记录不为空的节点传播时，节点首先选择下一跳ID进行单播adv包，若经过一 个延迟时间没有接收到req包，则清空记录ID，重新进入选择下一跳节点工作，在选择好下 一跳节点后，将下一跳节点ID重新写入节点存储信息中。2. 根据权利要求1所述的基于无线传感器网络的协商路由算法，其特征在于，步骤Sl 中，结合太阳能采集模块改变节点传播半径的步骤具体为： 太阳光与传感器之间的角度用S代表，90'用系数μ代表节点利用太阳光的效 率，则μ = 1 - cos S，〇. 5 < μ < 1;考虑到节点在网络中比较均匀的分布，设邻居节点数目为N， 节点传输半径为R，贝ijNaR，当节点0越小时，节点的太阳能采集速率越小，考虑到SPIN-PP算 法中，节点采取点对点的方式进行通信，设E sS源节点由于发送数据消耗的能量，Eadv为发 送广告包消耗的能量Edata为发送数据消耗的能量，则有源节点消耗能量公式为： Es = NX Eadv+N X Edata源节点消耗的能量与邻居数N成正相关，所以传感器网路中的传感器通信半径应与节 点太阳能采集速率有关系，为了防止节点因为通信半径太短导致源节点没有足够的邻居节 点提供选择，采用公式： 其中R代表节点传播半I。3. 根据权利要求1所述的基于无线传感器网络的协商路由算法，其特征在于，步骤S2具 体为： 521、 建立邻居表已经对邻居表进行分层，邻居表通过向通信半径发送建立邻居表信 息，当建立邻居表后，节点通过层数信息，了解到邻居节点所属层数，根据自身节点层数与 邻居节点层数，节点可以判断邻居节点分别与自身的关系； 522、 建立方向性传播参数ω (omega)，ω代表节点的优化程度，因为ω是表示节点上一 层邻居，下一层邻居，同层邻居数的参数，所以应该与上一层邻居数、下一层邻居数、同层邻 居数相关，因此，可以得出相关公式：其中^_、池1也111分别代表下一层邻居数，上一层邻居数，同层邻居数； S23、选择传输过程中的节点，通过单跳方式进行传播，即节点每次都只选择一个邻居 节点进行数据传输，然而为了选出最优路径，在广告包传播时应该尽可能向优化的节点广 播，然后根据ω进行选择，并对节点进行的分类。4. 根据权利要求3所述的基于无线传感器网络的协商路由算法，其特征在于，步骤S21 中，邻居节点层数与自身节点层数包括三种关系： 1) 邻居节点层数〉自身节点层数； 2) 邻居节点层数=自身节点层数； 3) 邻居节点层数〈自身节点层数； 根据邻居节点层数与自身节点层数的比较，将邻居表划分为三个更小的区间，分别是 最优选择邻居，次优选择邻居，最劣选择邻居，因此，节点存储信息如下：5. 根据权利要求3所述的基于无线传感器网络的协商路由算法，其特征在于，步骤S22 中， 当节点邻居全部为下一层邻居节点I 当节点邻居全部为同层邻居节点时 当节点邻居全部为上一层邻居节点I 根据以上参数可得，0.1 < ω <0.6,且ω越大时代表节点越有可能拥有下层邻居，故传 感器的信息为：6. 根据权利要求3所述的基于无线传感器网络的协商路由算法，其特征在于，步骤S23 中，节点有下述三种传播方式： 1) 节点有最优选择邻居节点时，节点向最优选择邻居节点广播广告包； 2) 节点没有最优选择邻居节点，有次优选择邻居节点时，向次优选择邻居节点广播广 告包； 3) 节点没有最优选择邻居节点和次优选择邻居节点，向最劣选择邻居节点广播广告 包。7. 根据权利要求3所述的基于无线传感器网络的协商路由算法，其特征在于，步骤S3 中，为防止没有合适的邻居节点传回req包，引入一个定时机制，源节点在开始广播广告包 后，同时开始计时，在计时结束时仍然没有收到req包时，则默认在这种模式下没有适合的 邻居作为传输，因此，向次优级邻居进行广播广告包，进行再一次协商交流，当节点已经向 上一层邻居已经进行广播但仍未收到req包时，则从已收到req包的节点中选择一个ω参数 最大的进行传播，保证数据正常传输，不会丢失数据。8. 根据权利要求3所述的基于无线传感器网络的协商路由算法，其特征在于，步骤S3 中， 能量阈值设定为进行一次完整的传输所需要的数据，当节点能量小于阈值时，节点会 将自身的信号位设置为〇,表示不参与数据传输，保证节点能保证正常工作的能量，当节点 能量由于吸收太阳能而增大后，在能重新工作时将信息位置为1，代表回归工作状态； 同时在节点Nhcit系数在节点经过一定时间内没有进行数据传输时，重置为0,减少一些 不常用路径占住节点资源而不进行通信，减少一些放置在比较重要路径上的资源浪费，优 化路径。9. 根据权利要求3所述的基于无线传感器网络的协商路由算法，其特征在于，步骤S4 中，还包括下述步骤： 对下一跳节点进行adv包的传播，如果返回req包且Nhot小于热点阈值，则直接选择此节 点作为下一跳节点，若没有传回req，则重新进入选择邻居节点的过程。
【文档编号】H04W84/18GK105898818SQ201610471695
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年6月23日
【发明人】刘贵云, 张泽杰, 李致富, 黄峥, 柳晶晶, 郑晖, 王佳庆
【申请人】广州大学