一种多跳无线传感网络机会路由方法及其系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种多跳无线传感网络机会路由方法及其系统，方法包括：各节点全网广播路由参数表；源节点为初始发送节点，计算链路质量指数；选取链路质量指数大于阈值α的临近节点添加到节点集合Px，计算路径质量指数；根据路径质量指数选取节点添加到节点集合Qx，再从中选取k个节点组成节点子集F，计算子集质量指数；选取子集质量指数最小的子集F为第一跳候选转发子集F1，将第一跳候选转发子集F1的一个节点代替发送节点，获得逐跳候选转发子集；源节点发送的数据包经选取的候选转发子集进行转发直到目的节点。本发明考虑到多条链路间的相关性对机会路由的影响，并结合子集质量指数衡量多跳WSN网络中所选节点子集的优劣，提供鲁棒的通信能力。
【专利说明】一种多跳无线传感网络机会路由方法及其系统
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种多跳无线传感网络机会路由方法及其系统，属于WSN路由（选择） 机制的【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 目前，越来越多的领域与行业需要水情信息的支持，如闸门、泵站自动化系统，气 象、环境、山洪灾害、大坝安全监测系统，需要采集的信息如温度、水位、雨量、风速风向等。
[0003] 水情RTU(远程测控终端），是RTU技术在水利行业的一种应用。一个RTU可以有 几个、几十个或上百个I/O点组成，可以放置在测量点附近的现场。RTU至少具备以下两种 功能：数据采集及处理、数据传输（网络通信）。水情RTU除了采集水情信息外，还需要将 采集的数据通过单跳或多跳传送到远程控制中心站。
[0004] 与传统无线路由协议如DSR、A0DV源节点到目的节点的信息包传输依靠一条固定 路径不同，机会路由基于机会竞争机制选择转发节点。当信息包到达一组候选转发节点时， 根据这些候选转发节点到目的节点的衡量尺度来确定其优先级，优先级最高的可用节点选 为转发节点并进行信息包转发，如此重复直到信息包到达目的节点。机会路由中，发送节点 同时将信息包发送到候选转发子集各成员节点的过程，在未增加发送者开销的前提下大大 增加了信息包传输可靠性。因而，机会路由已成为提升无线传感器网络性能提供了一种新 途径。
[0005] 机会路由早期设计中假设链路之间不相关，以该假设为前提的经典机会路由协议 有极限机会路由协议（^Extremely Opportunistic Routing, ExOR)以及将网络编码与机会 路由相结合的 MORE 协议（MAC-independent Opportunistic Routing and Encoding)。但 是，已有文献证明收到同一节点发送的信息包的各接收节点间存在链路相关性，已有文献 提出 CPRP(Conditional Packet Reception Probability)、归一化相关系数 κ、汉明距离 等来衡量链路相关性。CPRP为低包接收率节点接收到信息包的条件下高包接收率节点也接 收到信息包的概率；κ为两节点间包接收情况（成功接收为1，未成功接收为0)的归一化 皮尔森相关系数；汉明距离为一定次数的信息包传输过程中两接收节点间接收情况不同的 次数。上述链路相关性衡量尺度只能衡量两链路间的相关性，当候选转发子集成员数大于 2时，将无法将各链路间的相关性考虑到路由选择过程中。
[0006] 对于候选转发子集成员节点的选择，Douglas提出期望传输次数ΕΤΧ来衡量所选 节点的优劣，但其未考虑链路相关性。A. Basalamah通过改进EAX指标，提出考虑链路相关 性的cEAX衡量信息包从源节点到目的节点期望传输次数，然而cEAX的计算在多跳无线传 感网络中将无法实施（跳数只能为2,候选转发节点数只能为2)。
【发明内容】
[0007] 本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种多跳无线传感网 络机会路由方法及其系统，针对WSN的广播特性、有损特性，并且在候选转发节点的选择过 程中考虑链路相关特性，提出的信息包接收联合概率可用来来衡量多条链路间的相关性大 小，提出子集质量指数SQI (Subset Quality Index),可以衡量多跳WSN网络中所选节点子 集的优劣，选择子集质量指数最小的节点子集作为候选转发子集，由此形成了一种新的机 会路由机制，并且运用于水情RTU组成的无线网络。
[0008] 本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：
[0009] 一种多跳无线传感网络机会路由方法，包括以下步骤：
[0010] 步骤（1)、每个节点根据发送和接收的hello消息获得路由参数表后，广播到全网 所有节点；其中，所述路由参数表包括发送hello消息节点ID、接收到hello消息节点ID、 包接收率；
[0011] 步骤（2)、在源节点s到目的节点d之间选取若干个级联的候选转发子集，具体 为：
[0012] 步骤（2-1)、从所有节点中确定一个作为源节点s，令源节点s为初始发送节点X， 遍历源节点S上的路由参数表得到发送节点X与临近节点η之间的正向链路信息包接收率 Ρχη和反向链路信息包接收率Ρηχ，以得到发送节点X到临近节点η所组成链路的链路质量指 数 e (X，η);
[0013] 步骤（2-2)、选取所述链路质量指数e(x，η)大于阈值α的临近节点组成节点集合 ρχ，计算节点集合ρχ中任意节点到目的节点d的路径质量指数E (m, d);
[0014] 步骤（2-3)、从节点集合Px中根据路径质量指数E (m，d)选取M+k个节点组成节点 集合Qx，再从节点集合Qx中选取k个成员节点组成若干个节点子集F ;获得发送节点X到若 干节点子集F中各节点所组成链路的信息包接收联合概率pr(x，F);由公式计算得到每个 节点子集F到目的节点d的子集质量指数SQI (X，F，d)，公式为：
[0015]
【权利要求】
1. 一种多跳无线传感网络机会路由方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤（1)、每个节点根据发送和接收的hello消息获得路由参数表后，广播到全网所有 节点；其中，所述路由参数表包括发送hello消息节点ID、接收hello消息节点ID、包接收 率； 步骤（2)、在源节点s到目的节点d之间选取若干个级联的候选转发子集，具体为： 步骤（2-1)、从所有节点中确定一个源节点s,令源节点s为初始发送节点X,遍历源 节点s上的路由参数表得到发送节点X与临近节点η之间的正向链路信息包接收率pxn和 反向链路信息包接收率P nx，以得到发送节点X到临近节点η所组成链路的链路质量指数 e (χ, η)； 步骤（2-2)、选取所述链路质量指数e(x，η)大于阈值α的临近节点组成节点集合Ρχ， 计算节点集合Ρχ中任意节点到目的节点d的路径质量指数E (m, d); 步骤（2-3)、从节点集合Px中根据路径质量指数E (m，d)选取M+k个节点组成节点集合 Qx，再从节点集合Qx中选取k个成员节点组成若干个节点子集F ;获得发送节点χ到若干节 点子集F中各节点所组成链路的信息包接收联合概率pr(x, F);由公式计算得到每个节点 子集F到目的节点d的子集质量指数SQI (X，F，d)，公式为：
其中，i为常数，i = 1，2,3. ..k;ni为节点子集F中任一节点；pxi为发送节点χ到节点 子集F中节点的正向链路信息包接收率；pix为节点子集F中节点到发送节点χ的反向链路 信息包接收率;Μ为机会路由方法的精度参数；E (叫，d)为节点子集F中任一节点到目的节 点的路径质量指数； 步骤（2-4)、选取子集质量指数最小的节点子集F为第一跳候选转发子集匕； 步骤（2-5)、从第一跳候选转发子集匕中选取一个节点作为发送节点，重复所述步骤 (2-1)至（2-4)，依次获得第二候选转发子集F2至第num跳候选转发子集？_，直到第num跳 候选转发子集F_中包含目的节点d为止； 步骤（3)、源节点s发送的数据包经步骤（2)所选取的候选转发子集依次转发直到目的 节点d。
2. 根据权利要求1所述多跳无线传感网络机会路由方法，其特征在于：所述步骤（2-5) 中在获得第二跳候选转发子集F2至第num跳候选转发子集F num时，排除已被选取到之前的 所有候选转发子集中的节点以及作为源节点的节点。
3. 根据权利要求1所述多跳无线传感网络机会路由方法，其特征在于：所述步骤 (2-5)中从每一跳候选转发子集中选取优先级最高的节点作为发送节点。
4. 根据权利要求1所述多跳无线传感网络机会路由方法，其特征在于：所述步骤 (2-3)中利用Di jkstra最短路径算法得到路径质量指数E (m，d)。
5. -种基于权利要求1至4任一项所述多跳无线传感网络机会路由方法的水情远程测 控系统，包括：若干个水情RTU节点、水情汇聚终端节点、远程控制中心站，其中所述若干个 水情RTU节点和水情汇聚终端节点之间建立无线传感网络，且水情RTU节点采集的水情数 据发送至水情汇聚终端节点，所述水情汇聚终端节点向远程控制中心站上传水情数据并接 收控制；其特征在于：所述若干个水情RTU节点中选取一个源节点，并将水情汇聚终端节点 作为目的节点；所述源节点到目的节点之间通过机会路由方法选取级联的候选转发子集； 作为源节点将采集的水情数据通过级联的候选转发子集进行转发，直到发送至目的节点。
6.根据权利要求5所述水情远程测控系统，其特征在于：所述每个水情RTU节点还包 括太阳能电池模块，所述太阳能电池模块由太阳能充电电路与锂电池构成。
【文档编号】H04W40/24GK104093186SQ201410294734
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年6月26日 优先权日:2014年6月26日
【发明者】徐淑芳, 王慧斌, 刘阳, 黄凤辰, 李臣明, 沈洁, 李旭杰, 李建霓 申请人:河海大学