一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的分簇路由方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的分簇路由方法，該方法包括：從所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中隨機選取若干節(jié)點作為簇首節(jié)點，各個簇首之間的通信采用低功耗有損網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議RPL方式；當(dāng)所述簇首節(jié)點向外發(fā)送OFFER消息邀請其他節(jié)點成為其簇成員節(jié)點時，根據(jù)當(dāng)前簇首節(jié)點在RPL路由樹中的位置控制該簇首節(jié)點所攜帶的簇成員節(jié)點數(shù)量，完成分簇組網(wǎng)過程；在進行數(shù)據(jù)路由時，所述簇成員節(jié)點將采集到的數(shù)據(jù)通過單跳路由的方式發(fā)送至對應(yīng)的簇首節(jié)點；簇首節(jié)點采用RPL路由方式將數(shù)據(jù)傳遞至根節(jié)點。通過采用本發(fā)明公開的方法，降低了拓?fù)錁涞纳疃?、均衡了各?jié)點的能耗、保持了網(wǎng)絡(luò)的連通性、提高了網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性的。
【專利說明】一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的分簇路由方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及通信【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的分簇路由方法。
【背景技術(shù)】
[0002]作為一種新的信息獲取方式和處理模式，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless SensorNetworks，簡稱WSN)目前已成為國內(nèi)外備受關(guān)注的研究熱點。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量功耗低、傳輸速率低、處理能力低、能量儲備低的傳感器節(jié)點通過自組織和自我修復(fù)的方式組成的網(wǎng)絡(luò)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)典型的應(yīng)用場景是:通過大量部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的傳感器節(jié)點，采集網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域內(nèi)感知對象的信息(如溫濕度、光強等)，并通過多跳的無線通信方式，將收集、處理后的信息提供給終端用戶，可廣泛應(yīng)用于軍事偵察、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療監(jiān)護、農(nóng)業(yè)養(yǎng)殖和其他商業(yè)領(lǐng)域，以及空間探索和災(zāi)難搶險等特殊領(lǐng)域。
[0003]無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種低功耗有損網(wǎng)絡(luò)(Low-power and Lossy Networks,簡稱LLN)。鑒于低功耗有損網(wǎng)絡(luò)的特殊性質(zhì)，目前存在的Internet路由協(xié)議(如RIP、0SPF、A0DV等)并不適用，因此IETF ROLL工作組研究制定了低功耗有損網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議(RoutingProtocol for LLN，簡稱RPL)。RPL協(xié)議是一個距離矢量路由協(xié)議，節(jié)點通過交換距離矢量構(gòu)造一個有向無環(huán)圖(Directed Acyclic Graph,簡稱DAG)。DAG可以有效防止路由環(huán)路問題，其根節(jié)點通過廣播方式與其余節(jié)點交互信息，然后節(jié)點通過路由度量來選擇最優(yōu)的路徑。
[0004]使用RPL路由協(xié)議所生成的有向無環(huán)圖是一種樹狀的拓?fù)?，葉子節(jié)點發(fā)出的數(shù)據(jù)包經(jīng)過父節(jié)點的層層轉(zhuǎn)發(fā)，傳遞給根節(jié)點。當(dāng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模較大，節(jié)點數(shù)較多時，該路由樹的深度也會較深，對于靠近根節(jié)點的上層節(jié)點來說，需要轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)包數(shù)量非常大，能耗也會相應(yīng)的增加。因此，在大規(guī)模的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，上層節(jié)點容易因能量耗盡而死亡，影響網(wǎng)絡(luò)的連通性，與此同時，下層的子節(jié)點需要重新選擇父節(jié)點，會帶來網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞膭×易儎印?br>
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的分簇路由方法，達到降低拓?fù)錁涞纳疃?、均衡各?jié)點的能耗、保持網(wǎng)絡(luò)的連通性、提高網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性的目的。
[0006]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0007]—種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的分簇路由方法，該方法包括:
[0008]從所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中隨機選取若干節(jié)點作為簇首節(jié)點，各個簇首之間的通信采用低功耗有損網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議RPL方式；當(dāng)所述簇首節(jié)點向外發(fā)送OFFER消息邀請其他節(jié)點成為其簇成員節(jié)點時，根據(jù)當(dāng)前簇首節(jié)點在RPL路由樹中的位置控制該簇首節(jié)點所攜帶的簇成員節(jié)點數(shù)量，完成分簇組網(wǎng)過程；
[0009]在進行數(shù)據(jù)路由時，所述簇成員節(jié)點將采集到的數(shù)據(jù)通過單跳路由的方式發(fā)送至對應(yīng)的簇首節(jié)點；簇首節(jié)點采用RPL路由方式將數(shù)據(jù)傳遞至根節(jié)點。[0010]由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，基于分簇和RPL路由協(xié)議，選取無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的部分節(jié)點作為簇首節(jié)點，其余節(jié)點為簇成員節(jié)點，簇首節(jié)點之間的通信采用RPL路由協(xié)議，簇內(nèi)即簇首節(jié)點和簇成員節(jié)點之間的通信采用單跳路由；通過分簇，可以達到降低拓?fù)錁渖疃鹊哪康模涣硗?，每一簇首所能攜帶的成員節(jié)點數(shù)目由其在RPL路由樹中的位置決定，由于處在RPL上層的簇首節(jié)點已經(jīng)攜帶了很多子節(jié)點，能耗比下層的簇首大，因此越靠近根節(jié)點的簇首節(jié)點攜帶的成員節(jié)點越少，以達到均衡各節(jié)點能耗的目的。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他附圖。
[0012]圖1為本發(fā)明實施例一提供的一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中分簇路由網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D的示意圖；
[0013]圖2為本發(fā)明實施例二提供的一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的分簇路由初次組網(wǎng)的流程圖；
[0014]圖3為本發(fā)明實施例三提供的一種簇首節(jié)點輪換的流程圖。
【具體實施方式】
[0015]下面結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0016]本發(fā)明實施例中，基于分簇和RPL路由協(xié)議，選取無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的部分節(jié)點作為簇首節(jié)點，其余節(jié)點為簇成員節(jié)點，簇首節(jié)點之間的通信采用RPL路由協(xié)議，簇內(nèi)即簇首節(jié)點和簇成員節(jié)點之間的通信采用單跳路由。通過分簇，可以達到降低拓?fù)錁渖疃鹊哪康?。每個簇首所能攜帶的成員節(jié)點數(shù)目由其在RPL路由樹中的位置決定，由于處在RPL上層的簇首節(jié)點已經(jīng)攜帶了很多子節(jié)點，能耗比下層的簇首大，因此越靠近根節(jié)點的簇首攜帶的成員節(jié)點越少，以達到均衡各節(jié)點能耗的目的。
[0017]另外，對簇首節(jié)點進行基于能量的周期性輪換，新任簇首在本簇的成員節(jié)點內(nèi)部進行選舉，一般來說選取剩余能量最大的節(jié)點作為新任簇首。除了周期性輪換外，當(dāng)現(xiàn)任簇首節(jié)點的剩余能量小于一定閾值時，也可觸發(fā)簇首輪換過程。新任簇首節(jié)點繼承原簇首節(jié)點在RPL路由樹中的位置信息，以達到保持網(wǎng)絡(luò)連通性和穩(wěn)定性的目的。
[0018]另一方面，本發(fā)明中定義了兩種控制消息，均適用于節(jié)點的分簇過程。
[0019]控制消息一:OFFER消息。
[0020]OFFER消息由簇首節(jié)點發(fā)送，包含以下信息:
[0021]Type-code:表示消息的應(yīng)用場景。如組網(wǎng)時簇首向周圍所有節(jié)點發(fā)送廣播消息(0FFER_BR0ADCAST)，或向某個普通節(jié)點發(fā)送消息(OFFER)，簇首輪換時向選中的下一輪簇首發(fā)送消息(NEXT_HEAD)。[0022]Round-num:表示簇首當(dāng)前的輪數(shù)。由于網(wǎng)絡(luò)堵塞等原因，可能造成簇首發(fā)送的OFFER消息產(chǎn)生一定時間的延遲，當(dāng)普通節(jié)點收到該消息時，發(fā)送該消息的簇首可能已經(jīng)發(fā)生輪換并且不再擔(dān)任簇首，如果OFFER消息中不攜帶簇首的輪數(shù)信息，普通節(jié)點就會認(rèn)為其仍是簇首并有可能選擇加入該簇。因此，當(dāng)普通節(jié)點本身的輪數(shù)大于或等于收到OFFER的輪數(shù)時，應(yīng)忽略此消息。
[0023]Rank:表示簇首在D0DAG中的位置、與根節(jié)點之間的距離。每個簇首所能攜帶的成員節(jié)點數(shù)目由其在RPL路由樹中的位置決定，越靠近根節(jié)點的簇首，其攜帶的成員節(jié)點越少，根節(jié)點不攜帶任何簇成員。這是因為，越靠近根節(jié)點，其RPL子節(jié)點越多，在數(shù)據(jù)傳輸中消耗的能量也越大，為了防止其能量過早的耗盡，就需要減少其簇內(nèi)成員的個數(shù)。
[0024]控制消息二:N0DEINF0消息
[0025]N0DEINF0消息由簇成員節(jié)點發(fā)送，包含以下信息:
[0026]Type-code:表示消息的應(yīng)用場景。如組網(wǎng)時普通節(jié)點向簇首發(fā)送消息確認(rèn)(ACK)加入該簇，或當(dāng)一定時間內(nèi)未加入任何簇時，主動向周圍簇首發(fā)送廣播(0FFER_REQUEST)，請求加入。
[0027]Round-num:表示普通節(jié)點當(dāng)前的輪數(shù)。與OFFER中Round_num的功能一樣，是為了保證全網(wǎng)消息的一致性。
[0028]Res-energy:表示普通節(jié)點當(dāng)前的剩余能量。簇內(nèi)節(jié)點的剩余能量是選擇下一輪簇首的標(biāo)準(zhǔn)。簇首的能量耗盡會使輪換過程提早發(fā)生，直接影響到網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，因此應(yīng)盡量選擇剩余能量比較大的節(jié)點作為簇首。
[0029]本發(fā)明中定義了兩種定時器，適用于分簇和簇首輪換過程。
[0030]定時器一:OFFER定時器
[0031]簇首用來確認(rèn)廣播發(fā)送時間的定時器，RPL路由協(xié)議在組網(wǎng)過程中使用定時器來控制D10控制消息的發(fā)送間隔，隨著RPL路由樹的逐步建立，D10消息的發(fā)送間隔是逐步增大的。本發(fā)明中設(shè)置OFFER定時器的目的是保證在RPL路由樹基本建立時再發(fā)送分簇消息，避免由于網(wǎng)絡(luò)中大量數(shù)據(jù)包的碰撞造成消息的丟失，而且在RPL路由建立初期，拓?fù)渖胁环€(wěn)定，無法確定簇首在路由樹中的位置，也就無法確定可以攜帶的簇成員的個數(shù)。定時器的時間長度與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的簇首節(jié)點數(shù)目有關(guān)，簇首節(jié)點越多，RPL組網(wǎng)所需的時間越長，OFFER定時器所定的時間也越長。具體的實施過程為:當(dāng)簇首節(jié)點收到D10時，啟動OFFER定時器，定時器到期后則發(fā)送OFFER廣播，如果在定時器到期前收到新的D10消息，則重新開始計時。
[0032]定時器二: ROUND定時器
[0033]簇首用來確認(rèn)簇首輪換時間的定時器。定時器時間長度的設(shè)置與簇首輪換的次數(shù)有關(guān)，輪換的次數(shù)越多，定時器時長越短，最后趨于穩(wěn)定。定時器的初始時長與節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)包(非控制信息)的頻率有關(guān)，數(shù)據(jù)包的發(fā)送頻率越高，簇首輪換也越頻繁。具體的實施過程為:當(dāng)節(jié)點確認(rèn)成為簇首時，啟動此定時器，到期時間即為每一輪的時長，到期后則啟動簇首輪換過程。
[0034]實施例一
[0035]本發(fā)明實施例提供一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中分簇路由方法，該方法主要包括:
[0036]從所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中隨機選取若干節(jié)點作為簇首節(jié)點，各個簇首之間的通信采用低功耗有損網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議RPL方式；當(dāng)所述簇首節(jié)點向外發(fā)送OFFER消息邀請其他節(jié)點成為其簇成員節(jié)點時，根據(jù)當(dāng)前簇首節(jié)點在RPL路由樹中的位置控制該簇首節(jié)點所攜帶的簇成員節(jié)點數(shù)量，完成分簇組網(wǎng)過程；
[0037]在進行數(shù)據(jù)路由時，所述簇成員節(jié)點將采集到的數(shù)據(jù)通過單跳路由的方式發(fā)送至對應(yīng)的簇首節(jié)點；簇首節(jié)點采用RPL路由方式將數(shù)據(jù)傳遞至根節(jié)點。
[0038]進一步的，所述簇首節(jié)點向外發(fā)送OFFER廣播邀請其他節(jié)點成為其簇成員節(jié)點包括:
[0039]所述簇首節(jié)點向外發(fā)送OFFER消息,公告自身的簇首地位；
[0040]其他節(jié)點收到該OFFER消息后，判斷自身是否已經(jīng)加入簇；若已加入簇，且收到的OFFER廣播為該節(jié)點所在簇的簇首節(jié)點發(fā)送，則回復(fù)確認(rèn)消息ACK ;若已加入簇，且收到的OFFER廣播為其他簇首節(jié)點發(fā)送，則丟棄次消息；若未加入簇，則回復(fù)ACK消息；
[0041]若同時收到兩個簇首節(jié)點發(fā)送的OFFER消息，則向所述兩個簇首節(jié)點中離根節(jié)點較遠的簇首節(jié)點回復(fù)ACK消息；
[0042]簇首節(jié)點收到其他節(jié)點回復(fù)的ACK消息后，判斷該節(jié)點是否在本簇的成員列表內(nèi)；如果不存在，則判斷其自身可攜帶的成員數(shù)是否已達上限，若未達到上限則添加該節(jié)點為簇成員節(jié)點，若已達上限，則丟棄該消息；如果存在，則更新該節(jié)點的剩余能量信息；
[0043]當(dāng)節(jié)點收到簇首節(jié)點發(fā)送的允許加入簇的OFFER單播消息后，記錄表示該簇首節(jié)點在RPL路由樹中位置的Rank值。
[0044]進一步的，該方法還包括:
[0045]周期性進行簇首節(jié)點的輪換，從簇成員節(jié)點中選擇剩余能量最大的節(jié)點作為新任簇首節(jié)點；以及，在當(dāng)前簇首節(jié)點的剩余能量小于設(shè)定的閾值時，從簇成員節(jié)點中選擇剩余能量最大的節(jié)點作為新任簇首節(jié)點；
[0046]所述新任簇首節(jié)點繼承現(xiàn)任簇首節(jié)點在RPL路由樹中的位置信息。
[0047]進一步的，所述從簇成員節(jié)點中選擇剩余能量最大的節(jié)點作為新任簇首節(jié)點之后還包括:
[0048]所述現(xiàn)任簇首節(jié)點向新任簇首節(jié)點發(fā)送ROUND消息，通告其新任簇首的地位；
[0049]所述新任簇首節(jié)點收到高消息后向所述現(xiàn)任簇首節(jié)點返回確認(rèn)消息R0UND_ACK，并更新本地的分簇狀態(tài)表，記錄所述現(xiàn)任簇首在RPL路由樹中的位置信息；
[0050]所述現(xiàn)任簇首節(jié)點向其簇成員節(jié)點發(fā)送簇首更換消息HEAD_REM0VE ；
[0051]所述簇成員節(jié)點更新其分簇狀態(tài)表及路由表信息，并將實時采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送至所述新任簇首節(jié)點。
[0052]進一步的，簇首節(jié)點向簇成員節(jié)點或其他節(jié)點發(fā)送消息時，簇成員節(jié)點或其他節(jié)點在收到該消息后，比較該消息中攜帶的輪數(shù)值與其自身輪數(shù)值的大??；若該節(jié)點自身輪數(shù)值大于或等于該消息中攜帶的輪數(shù)值，則忽略該消息。
[0053]進一步的，所述簇首節(jié)點向外發(fā)送OFFER廣播邀請其他節(jié)點成為其簇成員節(jié)點包括:
[0054]設(shè)置一定時器來確保所述RPL路由樹完成度達到閾值時，該RPL路由樹中的簇首節(jié)點向外發(fā)送OFFER廣播邀請其他節(jié)點成為其簇成員節(jié)點。該閾值，可根據(jù)實際需求或經(jīng)驗來進行設(shè)定。[0055]進一步的，所有節(jié)點均需維護一個分簇狀態(tài)表，記錄其自身節(jié)點是否為簇首、所在簇的簇首地址、簇首在RPL路由樹中的Rank值、當(dāng)前輪數(shù)信息；
[0056]簇首節(jié)點還需要維護其簇內(nèi)成員列表，記錄簇成員節(jié)點的地址與剩余能量。
[0057]示例性的，圖1為本發(fā)明實施例提供的一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中分簇路由網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D的示意圖。該圖中的A節(jié)點為根節(jié)點，負(fù)責(zé)匯聚信息并管理網(wǎng)絡(luò)；節(jié)點B、Bl、B2、C、C1、D、Dl、D2、D3、E、El、E2、F、F1、F2和F3均為傳感器節(jié)點。傳感器節(jié)點用于將采集到的數(shù)據(jù)匯集到根節(jié)點處，且初始能源值相同，具有相同的通信半徑。其中，節(jié)點B、C、D、E、F為簇首節(jié)點，節(jié)點B是節(jié)點D、E的父節(jié)點，即節(jié)點D、E是節(jié)點B的子節(jié)點，同樣的，節(jié)點C是節(jié)點F的父節(jié)點，即節(jié)點F是節(jié)點C的子節(jié)點。另外，圖中虛線圈出的部分節(jié)點構(gòu)成一個簇，以節(jié)點B、B1、B2構(gòu)成的簇為例，節(jié)點B為簇首節(jié)點，節(jié)點B1、B2為簇成員節(jié)點，其他簇的構(gòu)成以此類推。在通信時，按照圖中箭頭的方向，由簇首節(jié)點D、E、F將接收到的其各自簇成員節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)傳輸至簇首節(jié)點B、C，再由簇首節(jié)點B、C將其簇成員節(jié)點及簇首節(jié)點D、E、F發(fā)送的數(shù)據(jù)傳輸至根節(jié)點A。
[0058]實施例二
[0059]本發(fā)明實施例結(jié)合附圖2對分簇路由協(xié)議中初次組網(wǎng)的過程進行詳細(xì)的介紹，其主要基于RPL協(xié)議和分簇進行組網(wǎng)，達到降低了 RPL路由樹深度的目的。在本實施例中，所有節(jié)點都需要維護一個分簇狀態(tài)表，記錄節(jié)點是否為簇首、所在簇的簇首地址、簇首在RPL路由樹中的Rank值、當(dāng)前輪數(shù)等信息。另外，成為簇首的節(jié)點需要維護其簇內(nèi)成員列表，記錄簇成員節(jié)點的地址、剩余能量。
[0060]初次組網(wǎng)的過程可參見圖2，主要包括如下步驟:
[0061]步驟201:簇首節(jié)點向周圍發(fā)送OFFER廣播，公告自己的簇首地位。
[0062]簇首節(jié)點首先進行RPL組網(wǎng)，路由樹初步建立后，開始發(fā)送分簇控制信息OFFER廣播。具體的0FEER廣播消息發(fā)送時間以O(shè)FFER定時器的設(shè)置為準(zhǔn)。
[0063]步驟202:普通節(jié)點收到OFFER廣播后，決定是否加入該簇。
[0064]普通節(jié)點判斷自己是否已經(jīng)加入簇。如果還沒有加入任何簇，則直接回復(fù)ACK消息；如果已經(jīng)加入簇，且收到的OFFER廣播是由本簇的簇首發(fā)送，也回復(fù)ACK ;如果已經(jīng)節(jié)點加入別的簇，則丟棄此消息。如果同時收到兩條來自不同簇首節(jié)點的OFFER廣播，則選擇Rank值較小(離根節(jié)點較遠)的簇加入。
[0065]步驟203:簇首收到ACK消息后，決定是否接受該節(jié)點加入。
[0066]簇首節(jié)點首先判斷該節(jié)點是否在本簇的成員列表內(nèi)，如果不存在,則判斷簇首節(jié)點攜帶的成員數(shù)是否已達上限，如果沒有達到上限則添加該節(jié)點為成員節(jié)點，并回復(fù)OFFER單播消息；如果該成員已存在，則更新其剩余能量信息，不作回復(fù)；如果成員數(shù)已經(jīng)達到上限，則丟棄此消息。
[0067]步驟204:普通節(jié)點加入簇。
[0068]普通節(jié)點收到簇首節(jié)點發(fā)送的OFFER單播消息,記錄簇首在RPL中的Rank值。至此,普通節(jié)點成功加入簇,成為簇成員節(jié)點。
[0069]實施例三
[0070]本發(fā)明實施例結(jié)合附圖3對分簇路由協(xié)議中簇首輪換的過程做詳細(xì)的介紹。如圖3所示，其主要包括如下步驟:[0071]步驟301:現(xiàn)任簇首節(jié)點向新任簇首節(jié)點發(fā)送ROUND消息。
[0072]ROUND定時器到期后，現(xiàn)任簇首根據(jù)簇成員列表中的記錄(或者，當(dāng)前簇首節(jié)點的剩余能量小于設(shè)定的閾值時)，選擇剩余能量最大的節(jié)點作為新任簇首并向其發(fā)送ROUND消息，通告其新任簇首的地位。
[0073]步驟302:新任簇首向現(xiàn)任簇首節(jié)點發(fā)送R0UND_ACK消息。
[0074]新任簇首收到ROUND消息后，如果決定接受擔(dān)任下任簇首的邀請，則向現(xiàn)任簇首回復(fù)R0UND_ACK消息，確認(rèn)簇首輪換過程的開始，同時更新自己的分簇狀態(tài)表，記錄現(xiàn)任簇首在RPL路由樹中的信息，并開始進行RPL入網(wǎng)過程。
[0075]步驟303:現(xiàn)任簇首向簇成員發(fā)送HEAD_REM0VE消息。
[0076]現(xiàn)任簇首向其簇成員節(jié)點發(fā)送HEAD_REM0VE消息,通告其已卸任簇首這一清況，簇成員節(jié)點收到該消息后，不需要回復(fù)，但需要更新其分簇狀態(tài)表及路由表信息。
[0077]步驟304:新任簇首與簇成員之間的控制信息交互。
[0078]新任簇首與簇成員之間的控制信息交互過程在前述實施例中已進行消息描述，故不再贅述。至此，簇首輪換過程結(jié)束。
[0079]本發(fā)明的上述實施例中，基于分簇和RPL路由協(xié)議，選取無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的部分節(jié)點作為簇首節(jié)點，其余節(jié)點為簇成員節(jié)點，簇首節(jié)點之間的通信采用RPL路由協(xié)議，簇內(nèi)即簇首節(jié)點和簇成員節(jié)點之間的通信采用單跳路由；通過分簇，可以達到降低拓?fù)錁渖疃鹊哪康?；另外，每一簇首所能攜帶的成員節(jié)點數(shù)目由其在RPL路由樹中的位置決定，由于處在RPL上層的簇首節(jié)點已經(jīng)攜帶了很多子節(jié)點，能耗比下層的簇首大，因此越靠近根節(jié)點的簇首節(jié)點攜帶的成員節(jié)點越少，以達到均衡各節(jié)點能耗的目的。
[0080]通過以上的實施方式的描述，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以清楚地了解到上述實施例可以通過軟件實現(xiàn)，也可以借助軟件加必要的通用硬件平臺的方式來實現(xiàn)?；谶@樣的理解，上述實施例的技術(shù)方案可以以軟件產(chǎn)品的形式體現(xiàn)出來，該軟件產(chǎn)品可以存儲在一個非易失性存儲介質(zhì)(可以是⑶-ROM，U盤，移動硬盤等)中，包括若干指令用以使得一臺計算機設(shè)備(可以是個人計算機，服務(wù)器，或者網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等)執(zhí)行本發(fā)明各個實施例所述的方法。
[0081]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的分簇路由方法，其特征在于，該方法包括:從所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中隨機選取若干節(jié)點作為簇首節(jié)點，各個簇首之間的通信采用低功耗有損網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議RPL方式；當(dāng)所述簇首節(jié)點向外發(fā)送OFFER消息邀請其他節(jié)點成為其簇成員節(jié)點時，根據(jù)當(dāng)前簇首節(jié)點在RPL路由樹中的位置控制該簇首節(jié)點所攜帶的簇成員節(jié)點數(shù)量，完成分簇組網(wǎng)過程；在進行數(shù)據(jù)路由時，所述簇成員節(jié)點將采集到的數(shù)據(jù)通過單跳路由的方式發(fā)送至對應(yīng)的簇首節(jié)點；簇首節(jié)點采用RPL路由方式將數(shù)據(jù)傳遞至根節(jié)點。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述簇首節(jié)點向外發(fā)送OFFER廣播邀請其他節(jié)點成為其簇成員節(jié)點包括:所述簇首節(jié)點向外發(fā)送OFFER消息，公告自身的簇首地位；其他節(jié)點收到該OFFER消息后，判斷自身是否已經(jīng)加入簇；若已加入簇，且收到的OFFER廣播為該節(jié)點所在簇的簇首節(jié)點發(fā)送，則回復(fù)確認(rèn)消息ACK ;若已加入簇，且收到的OFFER廣播為其他簇首節(jié)點發(fā)送，則丟棄次消息；若未加入簇，則回復(fù)ACK消息；若同時收到兩個簇首節(jié)點發(fā)送的OFFER消息，則向所述兩個簇首節(jié)點中離根節(jié)點較遠的簇首節(jié)點回復(fù)ACK消息；簇首節(jié)點收到其他節(jié)點回復(fù)的ACK消息后，判斷該節(jié)點是否在本簇的成員列表內(nèi)；如果不存在，則判斷其自身可攜帶的成員數(shù)是否已達上限，若未達到上限則添加該節(jié)點為簇成員節(jié)點，若已達上限，則丟棄該消息；如果存在，則更新該節(jié)點的剩余能量信息；當(dāng)節(jié)點收到簇首節(jié)點發(fā)送的允許加入簇的OFFER單播消息后，記錄表示該簇首節(jié)點在RPL路由樹中位置的Rank值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該方法還包括:周期性進行簇首節(jié)點的輪換，從簇成員節(jié)點中選擇剩余能量最大的節(jié)點作為新任簇首節(jié)點；以及，在當(dāng)前簇首節(jié)點的剩余能量小于設(shè)定的閾值時，從簇成員節(jié)點中選擇剩余能量最大的節(jié)點作為新任簇首節(jié)點；所述新任簇首節(jié)點繼承現(xiàn)任簇首節(jié)點在RPL路由樹中的位置信息。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述從簇成員節(jié)點中選擇剩余能量最大的節(jié)點作為新任簇首節(jié)點之后還包括:所述現(xiàn)任簇首節(jié)點向新任簇首節(jié)點發(fā)送ROUND消息，通告其新任簇首的地位；所述新任簇首節(jié)點收到高消息后向所述現(xiàn)任簇首節(jié)點返回確認(rèn)消息R0UND_ACK，并更新本地的分簇狀態(tài)表，記錄所述現(xiàn)任簇首在RPL路由樹中的位置信息；所述現(xiàn)任簇首節(jié)點向其簇成員節(jié)點發(fā)送簇首更換消息HEAD_REMOVE ；所述簇成員節(jié)點更新其分簇狀態(tài)表及路由表信息，并將實時采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送至所述新任簇首節(jié)點。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或4所述的方法，其特征在于，簇首節(jié)點向簇成員節(jié)點或其他節(jié)點發(fā)送消息時，簇成員節(jié)點或其他節(jié)點在收到該消息后，比較該消息中攜帶的輪數(shù)值與其自身輪數(shù)值的大??；若該節(jié)點自身輪數(shù)值大于或等于該消息中攜帶的輪數(shù)值，則忽略該消息。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述簇首節(jié)點向外發(fā)送OFFER廣播邀請其他節(jié)點成為其簇成員節(jié)點包括:設(shè)置一定時器來確保所述RPL路由樹完成度達到閾值時，該RPL路由樹中的簇首節(jié)點向外發(fā)送OFFER廣播邀請其他節(jié)點成為其簇成員節(jié)點。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4或6所述的方法，其特征在于，所有節(jié)點均需維護一個分簇狀態(tài)表，記錄其自身節(jié)點是否為簇首、所在簇的簇首地址、簇首在RPL路由樹中的Rank值、當(dāng)前輪數(shù)信息；簇首節(jié)點還 需要維護其簇內(nèi)成員列表，記錄簇成員節(jié)點的地址與剩余能量。
【文檔編號】H04W40/02GK103702383SQ201410010192
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2014年1月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月9日
【發(fā)明者】高德云, 楊冬, 張宏科, 高筱菲, 朱婉婷, 趙偉程 申請人:北京交通大學(xué)