專(zhuān)利名稱(chēng)：基于能量收集技術(shù)的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)兩跳多路徑路由方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于能量收集技術(shù)的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)兩跳多路徑路由方法。
背景技術(shù)：
無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks，WSNs)，由于其高度的學(xué)科交叉性和廣泛的應(yīng)用前景受到世界各地學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的高度關(guān)注。無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)被廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域來(lái)處理敏感的信息，應(yīng)用場(chǎng)景包括軍事、工業(yè)、家庭、醫(yī)療、海洋等環(huán)境的監(jiān)測(cè)等諸多領(lǐng)域。WSNs節(jié)點(diǎn)的能量、處理能力、通信能力十分有限，易因能量耗盡而死亡，這就要求 WSNs在提供一定服務(wù)的條件下盡可能降低節(jié)點(diǎn)能源消耗，提高網(wǎng)絡(luò)的生命周期。而且網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)多部署于無(wú)人維護(hù)、條件惡劣的環(huán)境當(dāng)中，且大多數(shù)情況下傳感節(jié)點(diǎn)都是一次性使用， 能量問(wèn)題成為了制約無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間的重要問(wèn)題。研究如何從環(huán)境中有效地采集和儲(chǔ)存能源能量的收集方法越來(lái)越受到研究者的重視。幾年來(lái)，科學(xué)家進(jìn)行了一些研究，取得了一些進(jìn)展，其中利用太陽(yáng)能收集器成為了研究的熱點(diǎn)。鑒于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于特殊場(chǎng)合時(shí)，電源不可更換，為了克服遠(yuǎn)程無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)面臨的電池工作時(shí)間短的問(wèn)題，美國(guó)Millennial Net公司已經(jīng)將其i-Bean無(wú)線(xiàn)技術(shù)與來(lái)自新興公司i^erro Solutions的“能量獲得(energy harvesting) ”技術(shù)結(jié)合在一起。現(xiàn)有的采能技術(shù)已經(jīng)能為節(jié)點(diǎn)提供適量的能量補(bǔ)給，從而使得WSN中節(jié)點(diǎn)的能量水平相應(yīng)地起伏變化，而目前已有的地理路由協(xié)議雖然能較好地符合WSNs協(xié)議設(shè)計(jì)的目標(biāo)，但都未能考慮節(jié)點(diǎn)的能量補(bǔ)給問(wèn)題，所以需要針對(duì)節(jié)點(diǎn)能夠通過(guò)周?chē)沫h(huán)境(如太陽(yáng)能、車(chē)輛或橋梁的振動(dòng)等)實(shí)現(xiàn)能量的采集的WSNs， 提出了一種具有能量收集技術(shù)的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)地理路由協(xié)議。經(jīng)對(duì)現(xiàn)有文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，相關(guān)文獻(xiàn)如下1. I. Stojmenovic 在 2001 年((Transactions on Parallel and Distributed Systems))中的"Loop—free hybrid single-path/flooding routing algorithms with guaranteed delivery for wireless networks”的一文，提出將傳統(tǒng)依賴(lài)于單跳鄰居信息的地理路由GEWR擴(kuò)展到兩跳GEDIR-2，對(duì)比發(fā)現(xiàn)基于兩跳鄰節(jié)點(diǎn)信息的地理路由有助于提高數(shù)據(jù)包的成功發(fā)送率等性能。2. A. Kansal在2003年于國(guó)際低功耗電子學(xué)與設(shè)計(jì)年會(huì)上發(fā)表了 “An environmental energy harvesting framework for sensor networks，，一文，首次提出了一種傳感器網(wǎng)絡(luò)從周?chē)h(huán)境中獲取能量的分布式架構(gòu)，使系統(tǒng)能夠更加有效地利用外界能源，很好地補(bǔ)充了睡眠模式和基于剩余能量的調(diào)度機(jī)制。基于此架構(gòu)的路由研究表明該架構(gòu)能夠利用外部能源，有效延長(zhǎng)了網(wǎng)絡(luò)生命周期。3· T. Voigt 于2003年在“The 28th Annual IEEE Conference on Local Computer Networks (LCN)，，發(fā)表了‘‘Utilizing solar power in wireless sensor networks，，一文， 設(shè)計(jì)了兩種基于太陽(yáng)能的路由協(xié)議，并通過(guò)仿真模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩種基于太陽(yáng)能的路由協(xié)議顯示了顯著的節(jié)能效果。
4. Lei Shu 在《Telecommunication Systems》中發(fā)表了 “TPGF :geographic routing in wireless multimedia sensor networks”一文,提出針對(duì)無(wú)線(xiàn)多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)的TPGF多路徑協(xié)議，利用節(jié)點(diǎn)的一跳鄰居節(jié)點(diǎn)信息發(fā)現(xiàn)路由，避免了局部?jī)?yōu)化問(wèn)題，并可以有效發(fā)現(xiàn)最短路徑、降低路由時(shí)延，并且實(shí)現(xiàn)了在路由空洞存在的情況下路由的發(fā)現(xiàn)。 但是對(duì)網(wǎng)絡(luò)能耗這一因素尚未考慮。5. Zhuxiu Yuan T 2010"Insights on Energy Consumption of the CKN Sleep Scheduling Algorithm in Wireless Sensor Networks” 的一篇論文中提出了網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)以占空比調(diào)度睡眠的機(jī)制來(lái)延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)壽命EC-CKN的算法。并將節(jié)點(diǎn)的剩余能量水平作為判斷是否睡眠的標(biāo)準(zhǔn)，避免部分節(jié)點(diǎn)過(guò)度消耗而失效造成的網(wǎng)絡(luò)失效。綜上所述，雖然地理路由研究取得了很大進(jìn)展并且在越來(lái)越多的應(yīng)用中表現(xiàn)出較好性能，但還有一些問(wèn)題有待于進(jìn)一步研究1.由于能量在無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)中的重要性，各國(guó)學(xué)者提出了各種基于能量感知、全網(wǎng)優(yōu)化、延長(zhǎng)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)壽命的各種協(xié)議，但都未充分考慮到無(wú)線(xiàn)傳感節(jié)點(diǎn)采用能量采集技術(shù)作為能量更新和補(bǔ)充的手段的情況，必須設(shè)計(jì)與之相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，才能達(dá)到無(wú)線(xiàn)傳感節(jié)點(diǎn)永久壽命與無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)永久使用的最終目的。2.傳統(tǒng)地理路由大多依賴(lài)于單跳鄰居節(jié)點(diǎn)信息來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。然而研究表明， 基于兩跳或多跳鄰居信息的路由可以獲得更好的性能。因此我們假設(shè)每個(gè)節(jié)點(diǎn)都能獲取其兩跳鄰居信息進(jìn)行路由。3.基于不同的度量標(biāo)準(zhǔn)在中選擇下一跳節(jié)點(diǎn)，所得到的路由算法具有不同的性能。傳統(tǒng)做法是選取距離目的節(jié)點(diǎn)最近的節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)，從而使到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)時(shí)跳數(shù)最少，但是這樣會(huì)造成選取的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)距離當(dāng)前節(jié)點(diǎn)較遠(yuǎn)，鏈路的可靠性較差的情況，有必要針對(duì)不同的應(yīng)用需求設(shè)計(jì)相應(yīng)的轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制。4.傳統(tǒng)路由算法，在地理環(huán)境因素的影響和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)密度低的情況下，會(huì)出現(xiàn)節(jié)點(diǎn)找不到距離目標(biāo)節(jié)點(diǎn)更近的鄰節(jié)點(diǎn)來(lái)作為下一跳節(jié)點(diǎn)的現(xiàn)象，即局部最優(yōu)化問(wèn)題，也稱(chēng)為路由空洞。因此需要設(shè)計(jì)出避免路由空洞的新型算法。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷和空白，本發(fā)明提供了一種基于能量收集和算法更優(yōu)的兩跳多路徑路由方法的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明建立了一種基于能量收集技術(shù)的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)兩跳多路徑路由方法，所述無(wú)線(xiàn)傳感器包括基站和多個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)所述節(jié)點(diǎn)均包括無(wú)線(xiàn)傳感器，所述節(jié)點(diǎn)還包括能量收集裝置，所述能量收集裝置為所述無(wú)線(xiàn)傳感器補(bǔ)充能量，其特征在于所述兩跳多路徑路由方法采用的轉(zhuǎn)發(fā)標(biāo)準(zhǔn)有三種，根據(jù)實(shí)際網(wǎng)絡(luò)的狀況和測(cè)試比較的結(jié)果，選取其中最佳的方案。首先，設(shè)任意節(jié)點(diǎn)Vi的傳輸半徑為r，其一跳、兩跳鄰居節(jié)點(diǎn)集分別為Nlh。p(Vi)，N2h。p(Vi)，處于活動(dòng)狀態(tài)的一跳、兩跳鄰居節(jié)點(diǎn)集為Activelhtjp(Vi)， Active2hop(Yi)，網(wǎng)絡(luò)中任意兩節(jié)點(diǎn)Vi，Vj間的實(shí)際距離記為Disti, JO節(jié)點(diǎn)根據(jù)不同轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制選擇下一跳節(jié)點(diǎn)，已適應(yīng)不同的應(yīng)用需求，將該路由方法中選擇下一跳節(jié)點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)記為 0ptimalnexth。p。三種轉(zhuǎn)發(fā)標(biāo)準(zhǔn) 0ptimalnexth。p 為①0ptimalnexth。p = min (Distijdestination}，選擇距離目的節(jié)點(diǎn)最近的節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)。該設(shè)計(jì)是在鏈路可靠的情況下地理路由貪婪轉(zhuǎn)發(fā)策略的原始做法，考慮到實(shí)際應(yīng)用中鏈路的不可靠性、信道的不規(guī)則性等因素的影響，需要對(duì)此設(shè)計(jì)有進(jìn)一步的改進(jìn)；② Optimalnexthop = min (Distsourcej i +. . . +Distj
，destination }，選擇到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)最短
距離的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。該設(shè)計(jì)的目標(biāo)是發(fā)現(xiàn)源節(jié)點(diǎn)到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的最短路徑，從而有效減少傳輸時(shí)延，此設(shè)計(jì)可能造成部分節(jié)點(diǎn)長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸而失效，即“熱區(qū)”的出現(xiàn)，易造成路由空洞現(xiàn)象。③0ptimalnexth。p = max (CurrenOnergy^Distij destiantion,綜合考慮節(jié)點(diǎn)間的距離、 節(jié)點(diǎn)剩余能量、能量補(bǔ)給速率、消耗速率，選擇使得轉(zhuǎn)發(fā)效果最佳的節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)。優(yōu)選的，所述節(jié)點(diǎn)以占空比睡眠調(diào)度方法定期調(diào)節(jié)自身所處的狀態(tài)，所述狀態(tài)包括睡眠和活躍。優(yōu)選的，每個(gè)節(jié)點(diǎn)可以獲取基站和自己的一跳、兩跳鄰居節(jié)點(diǎn)的位置信息，以及一跳、兩跳鄰居節(jié)點(diǎn)的由節(jié)點(diǎn)剩余能量(ResidualEnergy)、補(bǔ)給速率(HarVeSt_Energy)、消耗速率(ConsunnEnergy)。所述占空比睡眠調(diào)度方法根據(jù)以下公式估測(cè)得到的當(dāng)前能量水平為 Current—Energy = α Harvest—Energy+ β Residual—Energy- γ Consume—Energy，其中 α+β + Υ =1。然后，根據(jù)當(dāng)前能量水平，節(jié)點(diǎn)周期性地調(diào)節(jié)自身所處狀態(tài)，如果當(dāng)前能量水平低于設(shè)定值時(shí)，當(dāng)前節(jié)點(diǎn)狀態(tài)設(shè)為睡眠，否則設(shè)為活躍。優(yōu)選的，兩跳多路徑路由方法包括路由發(fā)現(xiàn)階段和路由優(yōu)化階段，所述路由發(fā)現(xiàn)階段查找由源節(jié)點(diǎn)到基站的路徑，其步驟包括步驟1.檢查當(dāng)前節(jié)點(diǎn)是否存在處于活躍狀態(tài)的一跳鄰居節(jié)點(diǎn)若不存在，則由當(dāng)前節(jié)點(diǎn)發(fā)送非確認(rèn)幀，并把當(dāng)前節(jié)點(diǎn)標(biāo)記為斷點(diǎn)，然后回退到當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的上一跳節(jié)點(diǎn)處，重復(fù)步驟1 ；若存在，判斷基站是否在當(dāng)前節(jié)點(diǎn)一跳范圍內(nèi)，若在一跳范圍內(nèi)，則直接建立路徑，否則轉(zhuǎn)入步驟2 ；步驟2.判斷基站是否在當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的兩跳范圍內(nèi)，若在兩跳范圍內(nèi)，則當(dāng)前節(jié)點(diǎn)從其一跳鄰居節(jié)點(diǎn)中根據(jù)所述轉(zhuǎn)發(fā)標(biāo)準(zhǔn)選擇下一跳節(jié)點(diǎn)作為中間轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)；若不在當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的兩跳范圍內(nèi)，則轉(zhuǎn)入步驟3 ；步驟3.判斷當(dāng)前節(jié)點(diǎn)是否存在處于活躍狀態(tài)的一跳、兩跳鄰居節(jié)點(diǎn)若存在，則從其一跳、兩跳鄰居節(jié)點(diǎn)選擇距離基站最近的一跳或兩跳鄰居節(jié)點(diǎn)作為轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)；若選擇的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)為一跳節(jié)點(diǎn)，直接轉(zhuǎn)發(fā)；若選擇了選擇的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)為兩跳節(jié)點(diǎn)，則需從其一跳鄰居節(jié)點(diǎn)中根據(jù)所述轉(zhuǎn)發(fā)標(biāo)準(zhǔn)選擇下一跳節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)；以轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)為當(dāng)前節(jié)點(diǎn)重復(fù)步驟 1。優(yōu)選的，所述路由發(fā)現(xiàn)階段查找由源節(jié)點(diǎn)到基站的路徑后，所述路由優(yōu)化階段對(duì)該路徑進(jìn)行優(yōu)化，其步驟包括步驟4.給該路徑中每個(gè)節(jié)點(diǎn)依次分配一個(gè)遞減的標(biāo)簽號(hào)；步驟5.由基站通過(guò)此未優(yōu)化路徑反向發(fā)送確認(rèn)幀至源節(jié)點(diǎn)，此過(guò)程中執(zhí)行基于標(biāo)簽的路由優(yōu)化過(guò)程；路徑中任意節(jié)點(diǎn)只能將確認(rèn)幀轉(zhuǎn)發(fā)給與自身具有相同路徑號(hào)和具有最大標(biāo)簽號(hào)的節(jié)點(diǎn)，消除路由環(huán)路組成由源節(jié)點(diǎn)到基站的最短路徑作為優(yōu)化后的路徑，并清除未選中的節(jié)點(diǎn)上的標(biāo)簽號(hào)和路徑序號(hào)。優(yōu)選的，所述兩跳多路徑路由方法還包括重復(fù)階段，所述重復(fù)階段重復(fù)所述路由發(fā)現(xiàn)階段和路由優(yōu)化階段，從而從未選中節(jié)點(diǎn)上查找其他由源節(jié)點(diǎn)到基站的路徑。通過(guò)重復(fù)進(jìn)行以上路由發(fā)現(xiàn)階段和路由優(yōu)化階段，即可發(fā)現(xiàn)多條不相交的優(yōu)化路徑。數(shù)據(jù)包沿此優(yōu)化路徑傳輸。優(yōu)選的，所述能量收集裝置采用太陽(yáng)能取電、溫差取電或依賴(lài)機(jī)械運(yùn)動(dòng)引發(fā)能量轉(zhuǎn)換技術(shù)產(chǎn)生電能為所述無(wú)線(xiàn)傳感器補(bǔ)充能量。太陽(yáng)能取電是目前所有能量采集技術(shù)中最具有吸引力與最可能廣泛應(yīng)用的技術(shù)。本發(fā)明所達(dá)到的有益效果是對(duì)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的能量管理從節(jié)能與供能兩個(gè)方面去解決。首先，引入了節(jié)點(diǎn)睡眠調(diào)度機(jī)制，減少了空閑監(jiān)聽(tīng)的能耗，提高網(wǎng)絡(luò)資源的利用率，盡可能延長(zhǎng)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的壽命；其次，為保證整個(gè)網(wǎng)絡(luò)持續(xù)可靠地工作，對(duì)從環(huán)境中采集和儲(chǔ)存能量的角度進(jìn)行了研究，設(shè)計(jì)了基于能量采集的路由方法。此外，對(duì)傳統(tǒng)地理路由存在路由空洞的缺陷，進(jìn)行了全新的設(shè)計(jì)。根據(jù)不同的應(yīng)用需求和應(yīng)用環(huán)境，設(shè)計(jì)了基于節(jié)點(diǎn)間距離、路徑最短、節(jié)點(diǎn)能量水平的三種利用兩跳鄰居節(jié)點(diǎn)信息貪婪轉(zhuǎn)發(fā)的不同機(jī)制，兼顧數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?、?shí)時(shí)性，避免路由空洞。


圖1為本發(fā)明的基于能量收集技術(shù)的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)兩跳多路徑路由方法的流程圖；圖2為本發(fā)明的基于能量收集技術(shù)的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)兩跳多路徑路由方法的實(shí)例圖；圖3為本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境仿真圖。
具體實(shí)施例方式下面對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來(lái)限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。本發(fā)明的所應(yīng)用的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)包括基站和多個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)均包括無(wú)線(xiàn)傳感器， 節(jié)點(diǎn)還包括能量收集裝置，本發(fā)明較佳實(shí)施例中的能量收集裝置通過(guò)太陽(yáng)能電池板為所述無(wú)線(xiàn)傳感器補(bǔ)充能量。如圖1所示，以流程圖來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的多路徑路由的建立過(guò)程。當(dāng)源節(jié)點(diǎn)有數(shù)據(jù)需要發(fā)送時(shí)，源節(jié)點(diǎn)首先檢查其是否存在處于活動(dòng)狀態(tài)的一跳鄰居節(jié)點(diǎn)。若不存在，則發(fā)送非確認(rèn)幀，返回到上一跳節(jié)點(diǎn)，并把當(dāng)前節(jié)點(diǎn)標(biāo)記為斷點(diǎn)；若存在，判斷基站是否在當(dāng)前節(jié)點(diǎn)一跳范圍內(nèi)，若在其一跳范圍內(nèi)，則直接建立路徑，否則判斷基站是否在當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的兩跳范圍內(nèi)。若在兩跳范圍內(nèi)，則當(dāng)前節(jié)點(diǎn)需從其一跳鄰居節(jié)點(diǎn)中尋找距離基站最近的節(jié)點(diǎn)作為下一跳轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)；若不在當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的兩跳范圍內(nèi)，則判斷當(dāng)前節(jié)點(diǎn)是否存在處于活動(dòng)狀態(tài)的一跳、兩跳鄰居節(jié)點(diǎn)。若存在，則從該一跳、兩跳鄰居節(jié)點(diǎn)中選擇距離基站最近的一跳或兩跳鄰居節(jié)點(diǎn)作為下一跳節(jié)點(diǎn)；若選擇一跳鄰節(jié)點(diǎn)作為下一跳節(jié)點(diǎn)，直接轉(zhuǎn)發(fā)。若選擇兩跳鄰節(jié)點(diǎn)作為下一跳節(jié)點(diǎn)，則需從其一跳鄰居節(jié)點(diǎn)集中根據(jù)之前設(shè)計(jì)的某一轉(zhuǎn)發(fā)標(biāo)準(zhǔn) Optimalnexthop選擇某一一跳鄰居節(jié)點(diǎn)作為中間轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)。若Activelhtjp(Vi)為空，回退到當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的上一跳節(jié)點(diǎn)處，重復(fù)路由發(fā)現(xiàn)過(guò)程。路徑優(yōu)化階段，一旦建立源節(jié)點(diǎn)到基站的路由，基站發(fā)送確認(rèn)幀到源節(jié)點(diǎn)，并對(duì)路由發(fā)現(xiàn)過(guò)程中出現(xiàn)的環(huán)路問(wèn)題進(jìn)行優(yōu)化，釋放被標(biāo)記
7ID號(hào)的但未出現(xiàn)在路徑中的節(jié)點(diǎn)，用于查找其他路徑。如圖2所示，當(dāng)節(jié)點(diǎn)a有數(shù)據(jù)包要發(fā)送到基站，且節(jié)點(diǎn)a在基站的兩跳范圍之外。 節(jié)點(diǎn)a通過(guò)比較其處于活動(dòng)狀態(tài)的所有一跳與兩跳鄰居節(jié)點(diǎn)距離基站的距離，若選擇了距離基站最近的兩跳節(jié)點(diǎn)g作為其下一跳，則需要按照轉(zhuǎn)發(fā)標(biāo)準(zhǔn)0ptimalMxth。p選擇一跳鄰居節(jié)點(diǎn)b作為中間轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)。如圖3所示，為本發(fā)明網(wǎng)絡(luò)環(huán)境仿真圖。對(duì)于本發(fā)明中的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)及網(wǎng)絡(luò)環(huán)境有以下假設(shè)網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)都是隨機(jī)分布且靜止不動(dòng)的，除基站外所有普通節(jié)點(diǎn)能量均有限，但是這些節(jié)點(diǎn)可以通過(guò)能量收集技術(shù)從其所處的外界環(huán)境補(bǔ)充自身能量。節(jié)點(diǎn)自身以及其一跳、兩跳鄰節(jié)點(diǎn)和基站的地理位置信息可通過(guò)GPS(Global Positioning System)獲取。所有節(jié)點(diǎn)可根據(jù)自身能量水平調(diào)節(jié)是否睡眠，如圖3中黑色節(jié)點(diǎn)即為睡眠節(jié)點(diǎn)，其他節(jié)點(diǎn)則為活動(dòng)節(jié)點(diǎn)。以上實(shí)施例僅為本發(fā)明其中的一種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)本發(fā)明專(zhuān)利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)， 在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專(zhuān)利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
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權(quán)利要求
1.基于能量收集技術(shù)的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)兩跳多路徑路由方法，所述無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)包括基站和多個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)所述節(jié)點(diǎn)均包括無(wú)線(xiàn)傳感器，所述節(jié)點(diǎn)還包括為所述無(wú)線(xiàn)傳感器補(bǔ)充能量的能量收集裝置，所述無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)采用兩跳多路徑路由方法傳輸數(shù)據(jù)，其特征在于所述兩跳多路徑路由方法所采用的節(jié)點(diǎn)間轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)標(biāo)準(zhǔn)為以下三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)之標(biāo)準(zhǔn)1)選擇距離目的節(jié)點(diǎn)最近的節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)；標(biāo)準(zhǔn)2)選擇到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)最短距離的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)；標(biāo)準(zhǔn)3)根據(jù)節(jié)點(diǎn)間的距離、節(jié)點(diǎn)剩余能量、能量補(bǔ)給速率、消耗速率，選擇使得轉(zhuǎn)發(fā)效果最佳的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于能量收集技術(shù)的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)兩跳多路徑路由方法， 其特征在于所述節(jié)點(diǎn)以占空比睡眠調(diào)度方法定期調(diào)節(jié)自身所處的狀態(tài)，所述狀態(tài)包括 睡眠和活躍。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于能量收集技術(shù)的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)兩跳多路徑路由方法， 其特征在于所述占空比睡眠調(diào)度方法首先根據(jù)當(dāng)前節(jié)點(diǎn)、當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的一跳節(jié)點(diǎn)和兩跳節(jié)點(diǎn)的剩余能量、補(bǔ)充速率和消耗速率計(jì)算當(dāng)前能量水平，如果當(dāng)前能量水平低于設(shè)定值時(shí)， 當(dāng)前節(jié)點(diǎn)狀態(tài)設(shè)為睡眠，否則設(shè)為活躍。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于能量收集技術(shù)的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)兩跳多路徑路由方法， 其特征在于所述兩跳多路徑路由方法包括路由發(fā)現(xiàn)階段和路由優(yōu)化階段，所述路由發(fā)現(xiàn)階段查找由源節(jié)點(diǎn)到基站的路徑，其步驟包括步驟1.檢查當(dāng)前節(jié)點(diǎn)是否存在處于活躍狀態(tài)的一跳鄰居節(jié)點(diǎn)若不存在，則由當(dāng)前節(jié)點(diǎn)發(fā)送非確認(rèn)幀，并把當(dāng)前節(jié)點(diǎn)標(biāo)記為斷點(diǎn)，然后回退到當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的上一跳節(jié)點(diǎn)處，重復(fù)步驟1 ；若存在，判斷基站是否在當(dāng)前節(jié)點(diǎn)一跳范圍內(nèi)，若在一跳范圍內(nèi)，則直接建立路徑， 否則轉(zhuǎn)入步驟2 ；步驟2.判斷基站是否在當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的兩跳范圍內(nèi)，若在兩跳范圍內(nèi)，則當(dāng)前節(jié)點(diǎn)從其一跳鄰居節(jié)點(diǎn)中根據(jù)所述轉(zhuǎn)發(fā)標(biāo)準(zhǔn)選擇下一跳節(jié)點(diǎn)作為中間轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)；若不在當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的兩跳范圍內(nèi)，則轉(zhuǎn)入步驟3;步驟3.判斷當(dāng)前節(jié)點(diǎn)是否存在處于活躍狀態(tài)的一跳、兩跳鄰居節(jié)點(diǎn)若存在，則從其一跳、兩跳鄰居節(jié)點(diǎn)選擇距離基站最近的一跳或兩跳鄰居節(jié)點(diǎn)作為轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)；若選擇的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)為一跳節(jié)點(diǎn)，直接轉(zhuǎn)發(fā)；若選擇了選擇的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)為兩跳節(jié)點(diǎn)，則需從其一跳鄰居節(jié)點(diǎn)中根據(jù)所述轉(zhuǎn)發(fā)標(biāo)準(zhǔn)選擇下一跳節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)；以轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)為當(dāng)前節(jié)點(diǎn)重復(fù)步驟1。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于能量收集技術(shù)的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)兩跳多路徑路由方法， 其特征在于所述路由發(fā)現(xiàn)階段查找到由源節(jié)點(diǎn)到基站的路徑后，所述路由優(yōu)化階段對(duì)該路徑進(jìn)行優(yōu)化，其步驟包括步驟4.給該路徑中每個(gè)節(jié)點(diǎn)依次分配一個(gè)遞減的標(biāo)簽號(hào)和相同的路徑號(hào)；步驟5.由基站通過(guò)該路徑反向發(fā)送確認(rèn)幀至源節(jié)點(diǎn)，此過(guò)程中任意節(jié)點(diǎn)只能將確認(rèn)幀轉(zhuǎn)發(fā)給與自身具有相同路徑號(hào)且具有最大標(biāo)簽號(hào)的節(jié)點(diǎn)，以消除路由環(huán)路獲得由源節(jié)點(diǎn)到基站的最短路徑作為所述優(yōu)化路徑，并清除未選中的節(jié)點(diǎn)上的標(biāo)簽號(hào)和路徑序號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于能量收集技術(shù)的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)兩跳多路徑路由方法， 其特征在于所述兩跳多路徑路由方法還包括重復(fù)階段，所述重復(fù)階段重復(fù)所述路由發(fā)現(xiàn)階段和路由優(yōu)化階段，從而從未選中節(jié)點(diǎn)上查找其他由源節(jié)點(diǎn)到基站的所述優(yōu)化路徑。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于能量收集技術(shù)的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)兩跳多路徑路由方法， 其特征在于所述能量收集裝置采用太陽(yáng)能取電、溫差取電或依賴(lài)機(jī)械運(yùn)動(dòng)引發(fā)能量轉(zhuǎn)換技術(shù)產(chǎn)生電能為所述無(wú)線(xiàn)傳感器補(bǔ)充能量。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了基于能量收集技術(shù)的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)兩跳多路徑路由方法，所述無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)包括基站和多個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)所述節(jié)點(diǎn)均包括無(wú)線(xiàn)傳感器，所述節(jié)點(diǎn)還包括為所述無(wú)線(xiàn)傳感器補(bǔ)充能量的能量收集裝置，其特征在于其采用的轉(zhuǎn)發(fā)標(biāo)準(zhǔn)為1選擇距離目的節(jié)點(diǎn)最近的節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)；2選擇到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)最短距離的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)；3根據(jù)節(jié)點(diǎn)間距離、剩余能量、能量補(bǔ)給速率、消耗速率，選擇效果最佳的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。本發(fā)明所達(dá)到的有益效果是引入了節(jié)點(diǎn)睡眠調(diào)度機(jī)制并從環(huán)境中采集能量，以延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)壽命；根據(jù)不同的需求和環(huán)境，設(shè)計(jì)了基于節(jié)點(diǎn)間距離、路徑最短、節(jié)點(diǎn)能量水平的三種利用兩跳鄰居節(jié)點(diǎn)信息貪婪轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制，兼顧數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?、?shí)時(shí)性，避免路由空洞。
文檔編號(hào)H04W40/02GK102271377SQ201110269420
公開(kāi)日2011年12月7日 申請(qǐng)日期2011年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月13日
發(fā)明者張娜, 朱川, 江金芳, 董玉慧, 郭惠, 韓光潔 申請(qǐng)人:河海大學(xué)常州校區(qū)