專利名稱：一種網(wǎng)絡(luò)路由方法及基于該方法的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧和系統(tǒng)架構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無(wú)線傳感技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種網(wǎng)絡(luò)路由方法及基于該方法的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧和系統(tǒng)架構(gòu)。
背景技術(shù)：
無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域近年來(lái)興起的研究與應(yīng)用熱點(diǎn)之一，它集成了傳感技術(shù)、微處理器和嵌入式計(jì)算技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)以及無(wú)線通信技術(shù)，可應(yīng)用于醫(yī)療、軍事、交通、環(huán)境、工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度、濕度、壓力、速度等各種物理量的實(shí)時(shí)測(cè)量與監(jiān)測(cè)。由于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的傳感器節(jié)點(diǎn)一般采用電池供電，且通常運(yùn)行于惡劣的野外環(huán)境中，電池不能頻繁更換，因此，如何延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間為此領(lǐng)域研究與應(yīng)用中的核心問(wèn)題之一。為了達(dá)到此目的，可以采取降低網(wǎng)絡(luò)能耗或平衡網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的各種技術(shù)。例如，現(xiàn)有的實(shí)用網(wǎng)絡(luò)在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上多采取了休眠/喚醒技術(shù)，通過(guò)降低各節(jié)點(diǎn)能耗直接延 長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)壽命，此技術(shù)已經(jīng)在介質(zhì)訪問(wèn)層協(xié)議中得到了普遍應(yīng)用。而為了進(jìn)一步延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間，目前，此領(lǐng)域研究與發(fā)明的重點(diǎn)則集中于能夠平衡網(wǎng)絡(luò)能耗負(fù)載的路由、拓?fù)浞椒ê蛥f(xié)議的開(kāi)發(fā)，其中比較知名的包括LEACH方法等。LEACH (Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy)方法是一種以最小化傳感器網(wǎng)絡(luò)能量損耗為目標(biāo)的自適應(yīng)分簇拓?fù)浞椒?。該方法的主要思想是通過(guò)隨機(jī)選擇簇頭節(jié)點(diǎn)，平均分擔(dān)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的中繼通信任務(wù)，以達(dá)到平均消耗傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)能量的目的，進(jìn)而延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的生命周期。LEACH方法可以將網(wǎng)絡(luò)生命周期延長(zhǎng)15%。LEACH方法分為兩個(gè)階段簇準(zhǔn)備階段和數(shù)據(jù)傳輸階段。簇準(zhǔn)備階段和就緒階段所持續(xù)的時(shí)間總和稱為一個(gè)輪回。在簇準(zhǔn)備階段，LEACH方法隨機(jī)選擇一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)作為簇頭節(jié)點(diǎn)，隨機(jī)性確保簇頭與基站之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)母吣芎某杀揪鶆虻胤謹(jǐn)偟剿袀鞲衅鞴?jié)點(diǎn)上。LEACH方法存在以下缺點(diǎn)I、其基本思想是基于分簇的，因此對(duì)于不能分簇的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳贿m用；2、即使在適用的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲蠰EACH方法也存在嚴(yán)重的“熱點(diǎn)問(wèn)題”，從而影響了其實(shí)際應(yīng)用。與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種方法。此類方法通過(guò)直接定義能量均衡度量從而將路由問(wèn)題轉(zhuǎn)化為優(yōu)化問(wèn)題。這類方法的主要缺點(diǎn)在于，由于缺乏網(wǎng)絡(luò)的全局知識(shí)，能量感知路由方法不能對(duì)所提出的能耗均衡度量進(jìn)行很好的優(yōu)化。由此可見(jiàn)，上述現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)能耗負(fù)載平衡方法和協(xié)議在方法與使用上，顯然仍存在有不便與缺陷，而亟待加以進(jìn)一步改進(jìn)。如何能創(chuàng)設(shè)一種能夠適用于各種網(wǎng)絡(luò)，可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的能耗平衡，從而提高網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間的新的網(wǎng)絡(luò)路由方法及基于該方法的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧和系統(tǒng)架構(gòu)，實(shí)屬當(dāng)前業(yè)界的重要研究課題之一
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種網(wǎng)絡(luò)路由方法，使其基于隨機(jī)采樣的無(wú)線傳感器，通過(guò)隨機(jī)和分布式特性保證網(wǎng)絡(luò)整體能耗的平衡，從而間接地提高了網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間，并能夠適用于目前典型應(yīng)用的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明一種網(wǎng)絡(luò)路由方法，包括以下步驟a.初始化，al.由匯聚節(jié)點(diǎn)開(kāi)始泛洪，應(yīng)用動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法為每個(gè)節(jié)點(diǎn)h建立路由表Fj, Fj = {f\，f2，. . . fN}，其中每一項(xiàng)fk包括下一跳節(jié)點(diǎn)期望最小電量^廣，期望能量消耗COSti,以及從當(dāng)前節(jié)點(diǎn)到A傳送標(biāo)準(zhǔn)分組的耗費(fèi)COStpi,權(quán)值wk ；a2.計(jì)算Fj中每項(xiàng)
權(quán)值
權(quán)利要求
1.一種網(wǎng)絡(luò)路由方法，其特征在于包括以下步驟 a.初始化 al.由匯聚節(jié)點(diǎn)開(kāi)始泛洪,應(yīng)用動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法為每個(gè)節(jié)點(diǎn)rj建立路由表Fj, Fj= {f1；f2,... fN}，其中每一項(xiàng)fk包括下一跳節(jié)點(diǎn)ri;期望最小電量^廣，期望能量消耗Costi,以及從當(dāng)前節(jié)點(diǎn)到A傳送標(biāo)準(zhǔn)分組的耗費(fèi)COStpi,權(quán)值Wk ; LminY a2.計(jì)算Fj中每項(xiàng)權(quán)值
2.—種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧架構(gòu)，其特征在于主要包括應(yīng)用層、路由層、介質(zhì)訪問(wèn)層、物理層和統(tǒng)一能量管理，其中，所述的路由層采用權(quán)利要求I所述的網(wǎng)絡(luò)路由方法。
3.一種基于權(quán)利要求I所述網(wǎng)絡(luò)路由方法的系統(tǒng)架構(gòu)，其特征在于主要包括射頻芯片、單片機(jī)、傳感器、存儲(chǔ)器、擴(kuò)展接口、電源模塊和網(wǎng)絡(luò)模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)架構(gòu)，其特征在于所述的射頻芯片采用CCllOl射頻芯片。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)架構(gòu)，其特征在于所述的單片機(jī)采用MSP430低功耗單片機(jī)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)架構(gòu)，其特征在于所述的電源模塊包括電源管理模塊、POE模塊和DC模塊。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)架構(gòu)，其特征在于所述的網(wǎng)絡(luò)模塊包括RJ45網(wǎng)卡接口以及以太網(wǎng)模塊或WIFI模塊。
全文摘要
本發(fā)明是有關(guān)于一種網(wǎng)絡(luò)路由方法及基于該方法的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧和系統(tǒng)架構(gòu)。該網(wǎng)絡(luò)路由方法包括由匯聚節(jié)點(diǎn)開(kāi)始泛洪，為每個(gè)節(jié)點(diǎn)rj建立路由表Fj，計(jì)算Fj中每項(xiàng)權(quán)值wk，根據(jù)Fj中的權(quán)值，隨機(jī)采樣M個(gè)樣本放入樣本集Tj中，令Tj中所有樣本權(quán)值為網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行中，對(duì)每次分組傳遞經(jīng)過(guò)的路由節(jié)點(diǎn)rj根據(jù)T中樣本的權(quán)值隨機(jī)選擇下一跳節(jié)點(diǎn)；若本次發(fā)送中路由選擇下一跳節(jié)點(diǎn)編號(hào)為i，則對(duì)Fj和Tj中的權(quán)值wi進(jìn)行更新；對(duì)Tj計(jì)算性能指標(biāo)Neff，如果Neff值小于總樣本數(shù)M的0.5倍時(shí)，從Fj中重新采樣。本發(fā)明針對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的能耗問(wèn)題，提出了一種基于隨機(jī)采樣的能量?jī)?yōu)化網(wǎng)絡(luò)路由方法，并通過(guò)實(shí)現(xiàn)此方法給出路由協(xié)議棧及其系統(tǒng)架構(gòu)，從而有效平衡網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)的負(fù)載，并大幅度延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間。
文檔編號(hào)H04W40/24GK102781061SQ20111011807
公開(kāi)日2012年11月14日 申請(qǐng)日期2011年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月9日
發(fā)明者朱昌霖, 李實(shí) 申請(qǐng)人:北京海夷納科技發(fā)展有限公司