专利名称：一种网络路由方法及基于该方法的网络协议栈和系统架构的制作方法
技术领域：
本发明涉及无线传感技术领域，特别是涉及一种网络路由方法及基于该方法的网络协议栈和系统架构。
背景技术：
无线传感器网络是计算机网络领域近年来兴起的研究与应用热点之一，它集成了传感技术、微处理器和嵌入式计算技术、分布式信息处理技术以及无线通信技术，可应用于医疗、军事、交通、环境、工业生产等领域，实现对温度、湿度、压力、速度等各种物理量的实时测量与监测。由于无线传感器网络中的传感器节点一般采用电池供电，且通常运行于恶劣的野外环境中，电池不能频繁更换，因此，如何延长网络生存时间为此领域研究与应用中的核心问题之一。为了达到此目的，可以采取降低网络能耗或平衡网络负载的各种技术。例如，现有的实用网络在网络节点上多采取了休眠/唤醒技术，通过降低各节点能耗直接延 长网络寿命，此技术已经在介质访问层协议中得到了普遍应用。而为了进一步延长网络生存时间，目前，此领域研究与发明的重点则集中于能够平衡网络能耗负载的路由、拓扑方法和协议的开发，其中比较知名的包括LEACH方法等。LEACH (Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy)方法是一种以最小化传感器网络能量损耗为目标的自适应分簇拓扑方法。该方法的主要思想是通过随机选择簇头节点，平均分担无线传感器网络的中继通信任务，以达到平均消耗传感器网络中节点能量的目的，进而延长网络的生命周期。LEACH方法可以将网络生命周期延长15%。LEACH方法分为两个阶段簇准备阶段和数据传输阶段。簇准备阶段和就绪阶段所持续的时间总和称为一个轮回。在簇准备阶段，LEACH方法随机选择一个传感器节点作为簇头节点，随机性确保簇头与基站之间数据传输的高能耗成本均匀地分摊到所有传感器节点上。LEACH方法存在以下缺点I、其基本思想是基于分簇的，因此对于不能分簇的网络拓扑不适用；2、即使在适用的网络拓扑中LEACH方法也存在严重的“热点问题”，从而影响了其实际应用。与LEACH的分簇方法不同，能量感知路由方法是完全不同思路的另外一种方法。此类方法通过直接定义能量均衡度量从而将路由问题转化为优化问题。这类方法的主要缺点在于，由于缺乏网络的全局知识，能量感知路由方法不能对所提出的能耗均衡度量进行很好的优化。由此可见，上述现有的网络能耗负载平衡方法和协议在方法与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。如何能创设一种能够适用于各种网络，可实现网络节点间的能耗平衡，从而提高网络生存时间的新的网络路由方法及基于该方法的网络协议栈和系统架构，实属当前业界的重要研究课题之一
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种网络路由方法，使其基于随机采样的无线传感器，通过随机和分布式特性保证网络整体能耗的平衡，从而间接地提高了网络生存时间，并能够适用于目前典型应用的无线传感器网络结构。为解决上述技术问题，本发明一种网络路由方法，包括以下步骤a.初始化，al.由汇聚节点开始泛洪，应用动态规划方法为每个节点h建立路由表Fj, Fj = {f\，f2，. . . fN}，其中每一项fk包括下一跳节点期望最小电量^广，期望能量消耗COSti,以及从当前节点到A传送标准分组的耗费COStpi,权值wk ；a2.计算Fj中每项
权值
权利要求
1.一种网络路由方法，其特征在于包括以下步骤 a.初始化 al.由汇聚节点开始泛洪,应用动态规划方法为每个节点rj建立路由表Fj, Fj= {f1；f2,... fN}，其中每一项fk包括下一跳节点ri;期望最小电量^广，期望能量消耗Costi,以及从当前节点到A传送标准分组的耗费COStpi,权值Wk ; LminY a2.计算Fj中每项权值
2.—种网络协议栈架构，其特征在于主要包括应用层、路由层、介质访问层、物理层和统一能量管理，其中，所述的路由层采用权利要求I所述的网络路由方法。
3.一种基于权利要求I所述网络路由方法的系统架构，其特征在于主要包括射频芯片、单片机、传感器、存储器、扩展接口、电源模块和网络模块。
4.根据权利要求3所述的系统架构，其特征在于所述的射频芯片采用CCllOl射频芯片。
5.根据权利要求3所述的系统架构，其特征在于所述的单片机采用MSP430低功耗单片机。
6.根据权利要求3所述的系统架构，其特征在于所述的电源模块包括电源管理模块、POE模块和DC模块。
7.根据权利要求3所述的系统架构，其特征在于所述的网络模块包括RJ45网卡接口以及以太网模块或WIFI模块。
全文摘要
本发明是有关于一种网络路由方法及基于该方法的网络协议栈和系统架构。该网络路由方法包括由汇聚节点开始泛洪，为每个节点rj建立路由表Fj，计算Fj中每项权值wk，根据Fj中的权值，随机采样M个样本放入样本集Tj中，令Tj中所有样本权值为网络运行中，对每次分组传递经过的路由节点rj根据T中样本的权值随机选择下一跳节点；若本次发送中路由选择下一跳节点编号为i，则对Fj和Tj中的权值wi进行更新；对Tj计算性能指标Neff，如果Neff值小于总样本数M的0.5倍时，从Fj中重新采样。本发明针对无线传感器网络的能耗问题，提出了一种基于随机采样的能量优化网络路由方法，并通过实现此方法给出路由协议栈及其系统架构，从而有效平衡网络各节点的负载，并大幅度延长网络生存时间。
文档编号H04W40/24GK102781061SQ20111011807
公开日2012年11月14日 申请日期2011年5月9日 优先权日2011年5月9日
发明者朱昌霖, 李实 申请人:北京海夷纳科技发展有限公司