本發(fā)明涉及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由方法。

背景技術(shù)：

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由具有感知計算和通信能力的傳感器節(jié)點組成，節(jié)點以自組織方式組成多對一的通信網(wǎng)絡(luò)，并把采集的數(shù)據(jù)通過多跳的方式發(fā)送到匯聚點。由于傳感器節(jié)點主要依靠電池供電，能量有限且難以補(bǔ)充。因此節(jié)約并均衡節(jié)點的能量消耗，最大限度延長網(wǎng)絡(luò)生存時間是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由方法的主要設(shè)計目標(biāo)之一。

然而，在某些場景下如用電信息采集、輸電線路檢測等，節(jié)點可由線路持續(xù)供電，能量持續(xù)，以往的路由算法有可能導(dǎo)致選路不合理，甚至造成網(wǎng)絡(luò)能量的浪費。與此同時，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)因具有節(jié)點部署密度大、集中式數(shù)據(jù)收集、多跳數(shù)據(jù)傳輸、多對一流量模式等特征，在實際應(yīng)用中極易發(fā)生擁塞，而以往協(xié)議卻忽視了這個問題。擁塞會引起網(wǎng)絡(luò)延遲和丟包率的增加，這不僅影響網(wǎng)絡(luò)的性能，由此導(dǎo)致的大量數(shù)據(jù)重傳還會無謂的的能量損耗。因此通過設(shè)計合理的路由方法以提高網(wǎng)絡(luò)能量利用率和均衡網(wǎng)絡(luò)的流量負(fù)載是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由設(shè)計的關(guān)鍵。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

基于此，有必要針對傳統(tǒng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)極易發(fā)生擁塞，造成網(wǎng)絡(luò)延遲，并引起丟包率的增加，不僅影響網(wǎng)絡(luò)的性能，還導(dǎo)致的大量數(shù)據(jù)重傳還會無謂的能量損耗的缺陷，提供一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由方法。

一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由方法，包括：

接收數(shù)據(jù)包，解析所述數(shù)據(jù)包；

根據(jù)所述數(shù)據(jù)包獲取當(dāng)前節(jié)點的多個前向節(jié)點，以及匯聚節(jié)點；

獲取所述當(dāng)前節(jié)點和多個所述前向節(jié)點之間的多個第一距離、所述當(dāng)前節(jié)點和所述匯聚節(jié)點之間的第二距離以及多個所述前向節(jié)點和所述匯聚節(jié)點之間的多個第三距離；

根據(jù)所述第一距離、所述第二距離和所述第三距離生成輪廓曲線；

計算所述輪廓曲線的伸縮率、輪廓長度和輪廓曲率；

根據(jù)所述輪廓長度，計算獲得基于所述伸縮率和所述輪廓曲率的內(nèi)力參數(shù)，以及計算獲得基于所述當(dāng)前節(jié)點和所述前向節(jié)點之間的網(wǎng)絡(luò)性能參數(shù)的外力參數(shù)；

根據(jù)所述內(nèi)力參數(shù)和所述外力參數(shù)計算合力參數(shù)，根據(jù)所述合力參數(shù)由多個所述前向節(jié)點中確定下一跳節(jié)點。

在一個實施例中，所述根據(jù)所述數(shù)據(jù)包獲取匯聚節(jié)點和當(dāng)前節(jié)點的多個前向節(jié)點的步驟包括：

根據(jù)所述數(shù)據(jù)包獲取所述匯聚節(jié)點；

獲取最大通信半徑；

從與所述當(dāng)前節(jié)點相鄰的節(jié)點中，獲取與所述當(dāng)前節(jié)點之間的距離小于所述最大通信半徑的相鄰的節(jié)點為鄰居節(jié)點；

從所述鄰居節(jié)點中確定所述前向節(jié)點。

在一個實施例中，所述從所述鄰居節(jié)點中確定所述前向節(jié)點的步驟包括：

從所述鄰居節(jié)點中，獲取與所述匯聚節(jié)點之間的距離小于所述當(dāng)前節(jié)點和所述匯聚節(jié)點之間的距離的所述鄰居節(jié)點，確定為所述前向節(jié)點。

在一個實施例中，所述從所述鄰居節(jié)點中確定所述前向節(jié)點的步驟之后包括：

檢測是否所述前向節(jié)點中是否包括所述匯聚節(jié)點，如是，則確定所述匯聚節(jié)點為所述下一跳節(jié)點，否則，執(zhí)行所述獲取所述第一距離、所述第二距離以及所述第三距離的步驟。

在一個實施例中，所述從所述鄰居節(jié)點中，獲取與所述匯聚節(jié)點之間的距離小于所述當(dāng)前節(jié)點和所述匯聚節(jié)點之間的距離的所述鄰居節(jié)點，確定為所述前向節(jié)點的步驟之后還包括：

檢測所述前向節(jié)點的集合是否為空集，如是，則確定所述鄰居節(jié)點為所述前向節(jié)點。

在一個實施例中，所述計算獲得基于所述伸縮率和所述輪廓曲率的內(nèi)力參數(shù)的步驟包括：

根據(jù)所述伸縮率和所述輪廓長度計算獲得彈性力參數(shù)；

根據(jù)所述輪廓曲率和所述輪廓長度計算獲得剛性力參數(shù)；

根據(jù)所述彈性力參數(shù)和所述剛性力參數(shù)計算獲得內(nèi)力參數(shù)。

在一個實施例中，所述網(wǎng)絡(luò)性能參數(shù)包括所述當(dāng)前節(jié)點的第一緩存占用率、所述前向節(jié)點的第二緩存占用率以及所述當(dāng)前節(jié)點和所述前向節(jié)點之間的鏈路質(zhì)量參數(shù)值；

所述計算獲得基于所述當(dāng)前節(jié)點和所述前向節(jié)點之間的網(wǎng)絡(luò)性能參數(shù)的外力參數(shù)的步驟包括：

根據(jù)所述第一緩存占用率、所述第二緩存占用率、所述鏈路質(zhì)量參數(shù)值以及所述輪廓長度計算獲得所述外力參數(shù)。

在一個實施例中，所述計算獲得基于所述當(dāng)前節(jié)點和所述前向節(jié)點之間的網(wǎng)絡(luò)性能參數(shù)的外力參數(shù)的步驟之前包括：

獲取所述當(dāng)前節(jié)點向所述前向節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)的所述丟包率；

根據(jù)所述丟包率計算獲得所述當(dāng)前節(jié)點向所述前向節(jié)點的鏈路質(zhì)量參數(shù)值。

在一個實施例中，根據(jù)所述內(nèi)力參數(shù)和所述外力參數(shù)計算合力參數(shù)的步驟包括：

將所述內(nèi)力參數(shù)和所述外力參數(shù)分別加權(quán)，計算所述內(nèi)力參數(shù)和所述外力參數(shù)的加權(quán)之和，獲得所述合力參數(shù)。

在一個實施例中，所述根據(jù)所述內(nèi)力參數(shù)和所述外力參數(shù)計算合力參數(shù)，根據(jù)所述合力參數(shù)由多個所述前向節(jié)點中確定下一跳節(jié)點的步驟包括：

根據(jù)所述合力參數(shù)，由多個所述前向節(jié)點中確定合力參數(shù)最大的一個所述前向節(jié)點為所述下一跳節(jié)點。

上述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由方法，通過根據(jù)當(dāng)前節(jié)點、前向節(jié)點和匯聚節(jié)點之間的距離生成的輪廓曲線，并將基于當(dāng)前節(jié)點和前向節(jié)點之間的輪廓路徑參數(shù)和網(wǎng)絡(luò)性能參數(shù)，結(jié)合該輪廓曲線的長度，計算出虛擬的內(nèi)力參數(shù)和外力參數(shù)，最終根據(jù)內(nèi)力參數(shù)和外力參數(shù)計算出合力參數(shù)，以此根據(jù)該合力參數(shù)選擇下一跳節(jié)點，使得下一跳節(jié)點的選擇更為合理，避免無謂的能量損耗，有效避免網(wǎng)絡(luò)擁塞，避免網(wǎng)絡(luò)延遲，使得網(wǎng)絡(luò)性能更佳，降低丟包率。

附圖說明

圖1A為一實施例的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由方法的流程示意圖；

圖1B為另一實施例的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由方法的流程示意圖；

圖1C為另一實施例的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由方法的流程示意圖；

圖1D為另一實施例的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由方法的流程示意圖；

圖2為另一實施例的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由方法的流程示意圖；

圖3為一實施例節(jié)點i到節(jié)點j的輪廓C的示意圖；

圖4為一實施例基于輪廓的節(jié)點i到節(jié)點j的前進(jìn)距離的路徑示意圖；

圖5為不同算法下網(wǎng)絡(luò)吞吐率與節(jié)點個數(shù)的關(guān)系的仿真結(jié)果示意圖；

圖6為不同算法下數(shù)據(jù)包平均能耗與節(jié)點個數(shù)的關(guān)系的仿真結(jié)果示意圖；

圖7為不同算法下數(shù)據(jù)包平均時延與節(jié)點個數(shù)的關(guān)系的仿真結(jié)果示意圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以某大型省級電網(wǎng)為實施例，結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

如圖1A所示，一個實施例的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由方法，包括：

步驟120，接收數(shù)據(jù)包，解析所述數(shù)據(jù)包。

在本實施例中，該數(shù)據(jù)包為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)包，該數(shù)據(jù)包在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中傳輸，該數(shù)據(jù)包攜帶了源地址和目的地址等信息，例如，該源地址為源節(jié)點，例如，該源節(jié)點為當(dāng)前節(jié)點，例如，該目的地址為目的節(jié)點，例如，該目的節(jié)點為匯聚節(jié)點。通過解析該數(shù)據(jù)包，獲取到源地址和目的地址，從而獲取該數(shù)據(jù)包的發(fā)送方向，或者獲取到該數(shù)據(jù)目的位置。例如，解析所述數(shù)據(jù)包，獲取匯聚節(jié)點。

步驟140，根據(jù)所述數(shù)據(jù)包獲取當(dāng)前節(jié)點的多個前向節(jié)點，以及匯聚節(jié)點。例如，根據(jù)所述數(shù)據(jù)包獲取當(dāng)前節(jié)點、匯聚節(jié)點、以及當(dāng)前節(jié)點的多個前向節(jié)點。

本實施例中，匯聚節(jié)點為目的節(jié)點，即該數(shù)據(jù)包傳輸?shù)哪康牡刂罚?dāng)前節(jié)點為數(shù)據(jù)包當(dāng)前所在節(jié)點，即該當(dāng)前節(jié)點為接收數(shù)據(jù)包的節(jié)點，該前向節(jié)點為與當(dāng)前節(jié)點相鄰的節(jié)點，例如，該前向節(jié)點為當(dāng)前節(jié)點的鄰居節(jié)點。本步驟中，通過解析獲得數(shù)據(jù)包內(nèi)攜帶的匯聚節(jié)點的信息，并根據(jù)該匯聚節(jié)點的信息，獲取到當(dāng)前節(jié)點的多個前向節(jié)點的信息，以使得當(dāng)前節(jié)點能夠確定數(shù)據(jù)包的發(fā)送方向，進(jìn)而明確將該數(shù)據(jù)包發(fā)送至哪一個節(jié)點。

步驟160，獲取所述當(dāng)前節(jié)點和多個所述前向節(jié)點之間的多個第一距離、所述當(dāng)前節(jié)點和所述匯聚節(jié)點之間的第二距離以及多個所述前向節(jié)點和所述匯聚節(jié)點之間的多個第三距離。其中，所述當(dāng)前節(jié)點和多個所述前向節(jié)點之間的多個第一距離，即，所述當(dāng)前節(jié)點和每個所述前向節(jié)點之間的距離，亦稱第一距離，因存在多個所述前向節(jié)點，因此得到多個所述第一距離，每一所述第一距離為一所述前向節(jié)點與所述當(dāng)前節(jié)點之間的距離；同樣的，多個所述前向節(jié)點和所述匯聚節(jié)點之間的多個第三距離，即，所述匯聚節(jié)點和每個所述前向節(jié)點之間的距離，亦稱第三距離，因存在多個所述前向節(jié)點，因此得到多個所述第三距離，每一所述第三距離為一所述前向節(jié)點與所述匯聚節(jié)點之間的距離。

具體地，由于該當(dāng)前節(jié)點可能存在多個前向節(jié)點，因此，需要一一獲取當(dāng)前節(jié)點與多個前向節(jié)點的距離，例如，分別獲取當(dāng)前節(jié)點與每一前向節(jié)點的第一距離，例如，獲取每一前向節(jié)點與匯聚節(jié)點的第三距離，例如，該第一距離、第二距離和第三距離為歐式距離(euclidean metric，又稱歐幾里得度量，m維空間中兩點之間的實際距離)。該多個第一距離分別表示當(dāng)前節(jié)點和每一前向節(jié)點之間的距離，該第二距離表示當(dāng)前節(jié)點和匯聚節(jié)點之間的距離，該多個第三距離分別表示每一前向節(jié)點和匯聚節(jié)點之間的距離。

步驟180，根據(jù)所述第一距離、所述第二距離和所述第三距離生成輪廓曲線。例如，對于各個前向節(jié)點，分別根據(jù)所述第一距離、所述第二距離和所述第三距離生成該前向節(jié)點的輪廓曲線。

例如，以所述第一距離、所述第二距離和所述第三距離作為三角形的三個邊長，生成三角形，該三角形的三個頂點位于輪廓曲線上，例如，該輪廓曲線為圓形的弧線，該三角形的三個頂點即為當(dāng)前節(jié)點、匯聚節(jié)點和前向節(jié)點，當(dāng)前節(jié)點、匯聚節(jié)點和前向節(jié)點組成三角形，例如，以當(dāng)前節(jié)點、匯聚節(jié)點和前向節(jié)點作圓，當(dāng)前節(jié)點、匯聚節(jié)點和前向節(jié)點均設(shè)置在該圓的圓弧上，該圓弧即為輪廓曲線，即該輪廓曲線用于連接當(dāng)前節(jié)點、匯聚節(jié)點和前向節(jié)點。例如，根據(jù)所述第一距離、所述第二距離和所述第三距離生成三角形，根據(jù)所述三角形生成輪廓曲線。該輪廓曲線能夠很好地體現(xiàn)當(dāng)前節(jié)點、匯聚節(jié)點和前向節(jié)點之間的位置關(guān)系和距離關(guān)系。

例如，當(dāng)前節(jié)點與匯聚節(jié)點為三角形的兩個頂點，第二距離即為該兩個頂點的連接線，即三角形的一條固定邊；某一前向節(jié)點為該前向節(jié)點所對應(yīng)的三角形的第三頂點，通過該前向節(jié)點所對應(yīng)的第一距離與第三距離，可以通過數(shù)學(xué)制圖確定該前向節(jié)點的位置，生成該前向節(jié)點所對應(yīng)的一個三角形，依此類推，可以得到各個前向節(jié)點的位置，從而生成某一前向節(jié)點的、包括當(dāng)前節(jié)點、匯聚節(jié)點和該前向節(jié)點的輪廓曲線。例如，某一前向節(jié)點的輪廓曲線為一段圓弧，位于當(dāng)前節(jié)點、匯聚節(jié)點和該前向節(jié)點的外接圓上；例如為該外接圓從當(dāng)前節(jié)點經(jīng)該前向節(jié)點到匯聚節(jié)點的圓弧線。

步驟200，計算所述輪廓曲線的伸縮率、輪廓長度和輪廓曲率。例如，分別計算各所述輪廓曲線的伸縮率、輪廓長度和輪廓曲率。

本步驟中，計算連接當(dāng)前節(jié)點、匯聚節(jié)點和前向節(jié)點三者的圓弧的長度，該圓弧的長度即為輪廓曲線的長度。并計算獲取該輪廓曲線的伸縮率和輪廓曲線的輪廓曲率。例如，根據(jù)第一距離、第二距離和第三距離計算獲得輪廓曲線的伸縮率、輪廓長度和輪廓曲率。

步驟220，根據(jù)所述輪廓長度，計算獲得基于所述伸縮率和所述輪廓曲率的內(nèi)力參數(shù)，以及計算獲得基于所述當(dāng)前節(jié)點和所述前向節(jié)點之間的網(wǎng)絡(luò)性能參數(shù)的外力參數(shù)。例如，對于各個前向節(jié)點，分別計算獲得基于所述當(dāng)前節(jié)點和該前向節(jié)點之間的網(wǎng)絡(luò)性能參數(shù)的外力參數(shù)。

具體地，所述伸縮率表示單跳前進(jìn)距離占最大前進(jìn)距離的比例，所述伸縮率越大，數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到下一跳節(jié)點后向匯聚節(jié)點的靠近程度越大，從而使在節(jié)點的一跳范圍內(nèi)使數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪芎母　６喞€則很好地體現(xiàn)當(dāng)前節(jié)點經(jīng)過前向節(jié)點到達(dá)匯聚節(jié)點路徑或者距離，該輪廓曲率為輪廓曲線上某個點的切線方向角對弧長的轉(zhuǎn)動率，以此來表達(dá)輪廓曲線偏離最短路徑的平均程度，即輪廓曲線的彎曲程度可看作靠近最短路徑的程度，彎曲程度越小，越靠近最短路徑。該內(nèi)力參數(shù)為基于伸縮率和輪廓曲率計算得出的參數(shù)，該內(nèi)力參數(shù)能夠很好地反應(yīng)當(dāng)前節(jié)點至前向節(jié)點的路徑的合理性。

該網(wǎng)絡(luò)性能參數(shù)用于反映當(dāng)前節(jié)點至前向節(jié)點網(wǎng)絡(luò)性能，例如，該網(wǎng)絡(luò)性能參數(shù)包括節(jié)點的緩存占用率和鏈路質(zhì)量參數(shù)，例如，該鏈路質(zhì)量參數(shù)包括丟包率，該外力參數(shù)為基于該網(wǎng)絡(luò)性能參數(shù)計算得出的參數(shù)，進(jìn)而使得能夠合理地避開網(wǎng)絡(luò)性能較差的線路。

步驟240，根據(jù)所述內(nèi)力參數(shù)和所述外力參數(shù)計算合力參數(shù)，根據(jù)所述合力參數(shù)由多個所述前向節(jié)點中確定下一跳節(jié)點。例如，對于各個前向節(jié)點，分別計算合力參數(shù)，根據(jù)各所述合力參數(shù)由多個所述前向節(jié)點中確定下一跳節(jié)點，例如，選取合力參數(shù)最大的一個所述前向節(jié)點為所述下一跳節(jié)點。

例如，根據(jù)所述內(nèi)力參數(shù)和所述外力參數(shù)之和計算所述合力參數(shù)，例如，將所述內(nèi)力參數(shù)和所述外力參數(shù)分別加權(quán)，計算所述內(nèi)力參數(shù)和所述外力參數(shù)的加權(quán)之和，獲得所述合力參數(shù)。例如，根據(jù)所述合力參數(shù)，由多個所述前向節(jié)點中確定合力參數(shù)最大的一個所述前向節(jié)點為所述下一跳節(jié)點。該下一跳節(jié)點為當(dāng)前節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)包的下一跳的節(jié)點，即當(dāng)前節(jié)點確定下一跳節(jié)點后，將所述數(shù)據(jù)包發(fā)送至下一跳節(jié)點。

例如，每一前向節(jié)點對應(yīng)一內(nèi)力參數(shù)和外力參數(shù)，例如，每一前向節(jié)點對應(yīng)一合理參數(shù)，該合力參數(shù)能夠很好地反映當(dāng)前節(jié)點與前向節(jié)點之間的鏈路質(zhì)量、長度等，因此，根據(jù)該合力參數(shù)確定的下一跳節(jié)點，使得下一跳節(jié)點的選擇更為合理，使得網(wǎng)絡(luò)性能更佳，避免無謂的能量損耗，有效避免網(wǎng)絡(luò)擁塞，避免網(wǎng)絡(luò)延遲，降低丟包率。

例如，步驟240之后還包括：將所述數(shù)據(jù)包發(fā)送至下一跳節(jié)點。

本實施例中，通過根據(jù)當(dāng)前節(jié)點、前向節(jié)點和匯聚節(jié)點之間的距離生成的輪廓曲線，并將基于當(dāng)前節(jié)點和前向節(jié)點之間的輪廓路徑參數(shù)和網(wǎng)絡(luò)性能參數(shù)，結(jié)合該輪廓曲線的長度，計算出虛擬的內(nèi)力參數(shù)和外力參數(shù)，最終根據(jù)內(nèi)力參數(shù)和外力參數(shù)計算出合力參數(shù)，以此根據(jù)該合力參數(shù)選擇下一跳節(jié)點，使得下一跳節(jié)點的選擇更為合理，使得網(wǎng)絡(luò)性能更佳，避免無謂的能量損耗，有效避免網(wǎng)絡(luò)擁塞，避免網(wǎng)絡(luò)延遲，降低丟包率。

為了提高前向節(jié)點的獲取效率，提高下一跳節(jié)點獲取的精度，在一個實施例中，如圖1B所示，步驟140包括：

步驟142，根據(jù)所述數(shù)據(jù)包獲取所述匯聚節(jié)點。

例如，該匯聚節(jié)點為目標(biāo)節(jié)點，由解析的數(shù)據(jù)包內(nèi)獲得。

步驟144，獲取最大通信半徑。

具體地，最大通信半徑為當(dāng)前節(jié)點向外發(fā)送信號或者發(fā)送數(shù)據(jù)包所能達(dá)到的最大距離，大于該最大通信半徑的節(jié)點，則可視為不可達(dá)。因此，本步驟中需要確定最大通信半徑，以明確發(fā)送數(shù)據(jù)包的下一跳地址。

步驟146，從與所述當(dāng)前節(jié)點相鄰的節(jié)點中，獲取與所述當(dāng)前節(jié)點之間的距離小于所述最大通信半徑的相鄰的節(jié)點為鄰居節(jié)點。

具體地，當(dāng)前節(jié)點具有相鄰的節(jié)點，該相鄰的的節(jié)點為候選節(jié)點，相鄰的節(jié)點即為與當(dāng)前節(jié)點連接的節(jié)點，例如，該當(dāng)前節(jié)點具有多個相鄰的節(jié)點，而并不是所有的相鄰的節(jié)點都可達(dá)，因此，需要在多個相鄰的節(jié)點中，選取與當(dāng)前節(jié)點之間的距離小于最大通信半徑的節(jié)點作為鄰居節(jié)點，以使得該數(shù)據(jù)包可達(dá)。通過上述過程獲取到鄰居節(jié)點，并獲取到鄰居節(jié)點的集合，該鄰居節(jié)點的集合包括多個鄰居節(jié)點。

步驟148，從所述鄰居節(jié)點中確定所述前向節(jié)點。

本步驟中，進(jìn)一步從鄰居節(jié)點中確定前向節(jié)點，進(jìn)一步減小下一跳節(jié)點的篩選范圍，使得下一跳節(jié)點更為精確。

在一個實施例中，步驟148包括：從所述鄰居節(jié)點中，獲取與所述匯聚節(jié)點之間的距離小于所述當(dāng)前節(jié)點和所述匯聚節(jié)點之間的距離的所述鄰居節(jié)點，確定為所述前向節(jié)點。

例如，檢測各鄰居節(jié)點與匯聚節(jié)點之間的距離是否小于當(dāng)前節(jié)點和匯聚節(jié)點之間的距離，是則確定該鄰居節(jié)點為前線節(jié)點。

具體地，由于數(shù)據(jù)包發(fā)送至匯聚節(jié)點，因此，需要經(jīng)過距離匯聚節(jié)點更近的節(jié)點進(jìn)行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)，當(dāng)前節(jié)點以這些更為靠近匯聚節(jié)點的鄰居節(jié)點作為前向節(jié)點，因此，本步驟中，從多個鄰居節(jié)點中，選取與匯聚節(jié)點的距離小，且小于當(dāng)前節(jié)點與匯聚節(jié)點之間距離的鄰居節(jié)點作為前向節(jié)點，進(jìn)而使得選取的前向節(jié)點更為靠近匯聚節(jié)點，提高前向節(jié)點的轉(zhuǎn)發(fā)效率。

在一個實施例中，步驟148之后包括：檢測是否所述前向節(jié)點中是否包括所述匯聚節(jié)點，如是，則確定所述匯聚節(jié)點為所述下一跳節(jié)點，否則，執(zhí)行步驟160。

具體地，由于數(shù)據(jù)包是發(fā)送至匯聚節(jié)點，如多個前向節(jié)點中包括匯聚節(jié)點，則將數(shù)據(jù)包直接發(fā)送至匯聚節(jié)點，進(jìn)而提高了發(fā)送效率，例如，從多個相鄰節(jié)點中選取鄰居節(jié)點，檢測多個鄰居節(jié)點中是否包括匯聚節(jié)點，如是，則確定所述匯聚節(jié)點為所述下一跳節(jié)點，例如，從多個鄰居節(jié)點中選取前向節(jié)點，檢測多個前向節(jié)點中是否包括匯聚節(jié)點，如是，則確定所述匯聚節(jié)點為所述下一跳節(jié)點，否則，則執(zhí)行步驟160。即在前向節(jié)點中不包含匯聚節(jié)點，則根據(jù)上述過程計算得出最佳的下一跳節(jié)點，將數(shù)據(jù)包發(fā)送至該下一跳節(jié)點，并由下一跳節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)至匯聚節(jié)點。

在一個實施例中，步驟148之后進(jìn)一步包括：檢測所述前向節(jié)點的集合是否為空集，如是，則確定所述鄰居節(jié)點為所述前向節(jié)點。

具體地，檢測各鄰居節(jié)點是否存在與匯聚節(jié)點之間的距離是否小于當(dāng)前節(jié)點述匯聚節(jié)點之間的距離，是則獲取該鄰居節(jié)點，并確定該鄰居節(jié)點為前線節(jié)點。通過上述過程獲取到前向節(jié)點，并獲取到前向節(jié)點的集合，該前向節(jié)點的集合包括多個前向節(jié)點。如各鄰居節(jié)點與匯聚節(jié)點之間的距離均大于當(dāng)前節(jié)點和匯聚節(jié)點之間的距離，則該前向節(jié)點的集合為空集，即鄰居節(jié)點中不包含前向節(jié)點，則確定鄰居節(jié)點為前向節(jié)點，例如，確定所有的鄰居節(jié)點為前向節(jié)點。由于各鄰居節(jié)點與匯聚節(jié)點之間的距離均大于當(dāng)前節(jié)點和匯聚節(jié)點之間的距離，因此，鄰居節(jié)點中并不存在較為靠近匯聚節(jié)點的節(jié)點，因此，各鄰居節(jié)點均可作為下一跳的候選節(jié)點。

在一個實施例中，如圖1C所示，步驟220包括：

步驟222，根據(jù)所述伸縮率和所述輪廓長度計算獲得彈性力參數(shù)。

可以理解，數(shù)據(jù)包在從當(dāng)前節(jié)點向前向節(jié)點輸送，并經(jīng)前向節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)至匯聚節(jié)點，其在傳輸過程中可看作是沿著輪廓曲線傳輸，該數(shù)據(jù)包相當(dāng)于受到一個彈性力而沿著輪廓曲線運動，例如，彈性力參數(shù)與所述伸縮率正相關(guān)。因此，在本實施例中，該彈性參數(shù)用于表示作用于該輪廓曲線的彈性力，輪彈性參數(shù)越大，數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到下一跳節(jié)點后向匯聚節(jié)點的靠近程度越大，從而使在節(jié)點的一跳范圍內(nèi)使數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪芎母有?，則經(jīng)過該前向節(jié)點至匯聚節(jié)點的鏈路的優(yōu)先級越高。因此，該數(shù)據(jù)包發(fā)送至下一跳節(jié)點的信號強(qiáng)度更高。應(yīng)該理解的是，信號在網(wǎng)絡(luò)中傳輸時，其信號強(qiáng)度會隨著距離的增加而衰減，這部分信號的衰減即為能量損耗，能量損耗越小，則送到的信號強(qiáng)度則越高。

步驟224，根據(jù)所述輪廓曲率和所述輪廓長度計算獲得剛性力參數(shù)。

具體地，輪廓曲率為輪廓曲線上某個點的切線方向角對弧長的轉(zhuǎn)動率，以此來表達(dá)輪廓曲線偏離最短路徑的平均程度，即輪廓曲線的彎曲程度可看作靠近最短路徑的程度，彎曲程度越小，越靠近最短路徑。例如，該剛性力參數(shù)與所述輪廓曲率正相關(guān)。

數(shù)據(jù)包沿著輪廓曲線傳輸可看作是數(shù)據(jù)包受到一個剛性力作用，剛性力控制輪廓曲線的彎曲程度，即靠近最短路徑的程度，彎曲程度越小，其剛性力越大，驅(qū)使數(shù)據(jù)包盡量轉(zhuǎn)發(fā)到最短路徑上的某個節(jié)點。因此，該剛性力參數(shù)越大，則使得數(shù)據(jù)包能夠以最短路徑發(fā)送至下一跳節(jié)點，則經(jīng)過該前向節(jié)點至匯聚節(jié)點的鏈路的優(yōu)先級越高。

步驟226，根據(jù)所述彈性力參數(shù)和所述剛性力參數(shù)計算獲得內(nèi)力參數(shù)。

具體地，由該彈性力參數(shù)和該剛性力參數(shù)計算獲得的內(nèi)力參數(shù)，能夠使得數(shù)據(jù)包的發(fā)送更為高效，能夠以最短路徑發(fā)送至匯聚節(jié)點，且能夠有效降低數(shù)據(jù)包發(fā)送時的能量損耗。

在一個實施例中，所述網(wǎng)絡(luò)性能參數(shù)包括所述當(dāng)前節(jié)點的第一緩存占用率、所述前向節(jié)點的第二緩存占用率以及所述當(dāng)前節(jié)點和所述前向節(jié)點之間的鏈路質(zhì)量參數(shù)值。本實施例中，步驟220還包括：：

根據(jù)所述第一緩存占用率、所述第二緩存占用率、所述鏈路質(zhì)量參數(shù)值以及所述輪廓長度計算獲得所述外力參數(shù)。

具體地，該緩存占用率反映了節(jié)點當(dāng)前數(shù)據(jù)包的隊列，反映了節(jié)點當(dāng)前的負(fù)載情況，本實施例中，當(dāng)前節(jié)點優(yōu)先選擇緩存占用率較低的節(jié)點作為下一跳節(jié)點，例如，優(yōu)先選擇緩存占用率較當(dāng)前節(jié)點的緩存占用率低的鄰居節(jié)點作為下一跳節(jié)點，例如，優(yōu)先選擇第一緩存占用率大于所述第二緩存占用率的鄰居節(jié)點，例如，第一緩存占用率和所述第二緩存占用率之差與外力參數(shù)呈正相關(guān)，這樣，能夠使得該數(shù)據(jù)包在下一跳節(jié)點能夠迅速轉(zhuǎn)發(fā)，提高數(shù)據(jù)包的發(fā)送效率。

而該鏈路質(zhì)量參數(shù)值則反映了當(dāng)前節(jié)點向前向節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)，并經(jīng)該前向節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)至匯聚節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。例如，該外力參數(shù)與鏈路質(zhì)量參數(shù)呈負(fù)相關(guān)。

在一個實施例中，如圖1D所示，步驟220之前包括：

步驟218，獲取所述當(dāng)前節(jié)點向所述前向節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)的所述丟包率。

步驟219，根據(jù)所述丟包率計算獲得所述當(dāng)前節(jié)點向所述前向節(jié)點的鏈路質(zhì)量參數(shù)值。

例如，該鏈路質(zhì)量參數(shù)值與該丟包率為正相關(guān)，即該丟包率反映了鏈路質(zhì)量。該外力參數(shù)與丟包率負(fù)相關(guān)，也就是丟包率越高，則該外力參數(shù)越小，則經(jīng)過該前向節(jié)點至匯聚節(jié)點的鏈路的優(yōu)先級越低；該丟包率越小，則該外力參數(shù)越大，則經(jīng)過該前向節(jié)點至匯聚節(jié)點的鏈路的優(yōu)先級越高。

如圖2所示，下面是一個具體的實施例：

步驟301，接收數(shù)據(jù)包，解析數(shù)據(jù)包。

步驟302，根據(jù)數(shù)據(jù)包獲取匯聚節(jié)點和前向節(jié)點集。

具體地，首先從當(dāng)前節(jié)點中的相鄰的候選節(jié)點中獲取鄰居節(jié)點。

當(dāng)前節(jié)點i的鄰居節(jié)點集可表示為：

N(i)＝{j|d_i,j≤R_tx} (1)

其中，d_i,j表示節(jié)點i,j之間的距離，R_tx表示節(jié)點的最大通信半徑，本實施例中，d_i,j為第一距離。

隨后，從鄰居節(jié)點中獲取前向節(jié)點。

當(dāng)前節(jié)點i的前向節(jié)點集可表示為：

FN(i)＝{j|j∈N(i),d_j,s＜d_i,s} (2)

其中，d_i,s,d_j,s分別表示節(jié)點i,j到匯聚節(jié)點(sink節(jié)點)的歐式距離，本實施例中，d_i,s,d_j,s分別為第二距離和第三距離。

步驟303，生成輪廓曲線，計算輪廓曲線的長度。

本實施例中，生成輪廓曲線即生成輪廓模型。

節(jié)點i到節(jié)點j的輪廓定義為C，如圖3所示，若當(dāng)前節(jié)點i轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包至鄰居節(jié)點j，經(jīng)過節(jié)點i,j,sink作圓，設(shè)圓心(x₀,y₀)，則弧i.j即為輪廓C。p是輪廓C曲線參數(shù)，其上任意一點可記為：

C(p)＝(x(p),y(p)) (3)

假設(shè)節(jié)點i,j,sink的曲線參數(shù)分別為p₀,p₁,p₂，則輪廓所在圓弧對應(yīng)的圓心計算公式如下：

將C上任意一點C(p)的導(dǎo)數(shù)記作C_p＝(x_p,y_p)。進(jìn)而輪廓C所對應(yīng)的弧微分可表示為：

通過對ds進(jìn)行積分可得到節(jié)點i到節(jié)點j的輪廓曲線的長度為：

步驟304，根據(jù)輪廓曲線，計算內(nèi)力參數(shù)和外力參數(shù)。

本實施例中，內(nèi)力參數(shù)即為內(nèi)力，彈性力參數(shù)為彈性力，剛性力參數(shù)為剛性力，外力參數(shù)為外力。

考慮節(jié)點傳輸范圍受限等原因，大多數(shù)節(jié)點往往不能直接與基站進(jìn)行通信，而需要依靠其余節(jié)點采用多跳轉(zhuǎn)發(fā)的方式轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。為此，綜合考慮當(dāng)前節(jié)點、鄰居節(jié)點和匯聚節(jié)點間的距離，定義輪廓曲線所受的內(nèi)力，從提高網(wǎng)絡(luò)能量有效性的角度出發(fā)建立數(shù)據(jù)包在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的轉(zhuǎn)發(fā)路徑。輪廓所受內(nèi)力包括彈性力和剛性力，二者的共同作用將驅(qū)使數(shù)據(jù)包盡可能沿著最短路徑轉(zhuǎn)發(fā)到下一跳節(jié)點。

計算彈性力過程如下：

在自由空間模型下，在節(jié)點的一跳通信范圍內(nèi)選擇單跳長距離傳輸?shù)哪芰肯母行АＲ虼耍跀?shù)據(jù)傳輸時，數(shù)據(jù)源節(jié)點或轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點應(yīng)在其一跳通信范圍內(nèi)選擇到數(shù)據(jù)節(jié)點更近的鄰居節(jié)點作為轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點。如圖4所示，為了精確量化這一規(guī)律，定義節(jié)點i到節(jié)點j的前進(jìn)距離為：

節(jié)點i處的數(shù)據(jù)包要想到達(dá)匯聚節(jié)點需要被轉(zhuǎn)發(fā)至i的前向節(jié)點，為決定這下一跳鄰居節(jié)點，定義一個作用于該輪廓曲線上的彈性力，它基于節(jié)點i到鄰居節(jié)點j的前進(jìn)距離。對于前向節(jié)點j定義該彈性力為：

其中，α_i,j為彈性力系數(shù)，其控制輪廓曲線C的伸縮率，將其定義為單跳前進(jìn)距離占最大前進(jìn)距離的比例，即

可見，輪廓的彈性系數(shù)越大，數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到下一跳節(jié)點后向數(shù)據(jù)節(jié)點的靠近程度越大，從而使在節(jié)點的一跳范圍內(nèi)使數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪芎母佑行А?/p>

計算剛性力過程如下：

由傳感器節(jié)點的能耗模型可知，在自由空間模型下傳感器節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)的能耗與傳輸距離的平方成正比例關(guān)系。若使數(shù)據(jù)傳輸路徑上的每一個中轉(zhuǎn)節(jié)點都處在從數(shù)據(jù)源節(jié)點到數(shù)據(jù)節(jié)點的連線上，則數(shù)據(jù)傳輸過程中消耗的總能量最少。但一跳通信范圍內(nèi)的鄰居節(jié)點并不一定處在從源節(jié)點到數(shù)據(jù)節(jié)點的連線上，因此輪廓曲線的彎曲程度也應(yīng)作為節(jié)點能量優(yōu)化的參數(shù)之一，為此定義一個作用在輪廓曲線C上的剛性力

其中，β_i,j為促使輪廓曲線靠近最短路徑的剛性系數(shù)定義為：

β_i,j＝d_i,s/(d_i,j+d_j,s) (11)

由上述定義可知，0＜β_i,j≤1，當(dāng)節(jié)點j在i到數(shù)據(jù)節(jié)點的連線上時，β_i,j取得最大值1。

K_i,j為輪廓曲線的曲率，如圖3所示，即曲線上某個點的切線方向角對弧長的轉(zhuǎn)動率，以此來表達(dá)輪廓偏離最短路徑的平均程度，其計算公式為：

其中，Δγ為輪廓曲線的切線轉(zhuǎn)過角度，Δs為對應(yīng)弧長，R為輪廓曲線所在的圓弧對應(yīng)的圓半徑。

根據(jù)式(10)可知，剛性力控制輪廓曲線的彎曲程度，即靠近最短路徑的程度，彎曲程度越小，其剛性力越大，驅(qū)使數(shù)據(jù)包盡量轉(zhuǎn)發(fā)到最短路徑上的某個節(jié)點。

因此，輪廓C受到的內(nèi)力可表示為：

由式(13)可知，在內(nèi)力的作用下，傳感器節(jié)點的數(shù)據(jù)包在最大內(nèi)力的驅(qū)使下將沿著最短距離路徑(梯度最大)流向匯聚節(jié)點。當(dāng)輪廓曲線只受到這一種力作用時，最短路徑一旦確定，就不再發(fā)生變化。然而處于轉(zhuǎn)發(fā)路徑上的節(jié)點，尤其是靠近數(shù)據(jù)節(jié)點或某些中轉(zhuǎn)節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)任務(wù)重，流量負(fù)載大，容易產(chǎn)生擁塞，導(dǎo)致傳輸時延增大甚至數(shù)據(jù)包的丟棄，嚴(yán)重影響網(wǎng)絡(luò)的傳輸質(zhì)量。為了提高網(wǎng)絡(luò)的傳輸質(zhì)量，還需要從流量均衡的角度出發(fā)，構(gòu)建其他作用力，使其具有流量感知的功能以均衡網(wǎng)絡(luò)的流量負(fù)載。

計算外力過程如下：

基于事件驅(qū)動的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)傳輸具有明顯的“多對一”特性，在流量突發(fā)的情況下，這種特性會使網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生熱點，引起擁塞進(jìn)而造成時延和傳輸成功率的惡化，同時由此造成的數(shù)據(jù)包重傳也會造成無謂的能量浪費。由于節(jié)點的緩沖區(qū)占用情況是一個可靠的擁塞檢測指標(biāo)，為此在建立路由時考慮這一指標(biāo)避開緩存占用大的節(jié)點從而將流量負(fù)載轉(zhuǎn)移到空閑或負(fù)載較輕的節(jié)點，實現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)資源的公平利用。

節(jié)點i的緩存占用率可表示為：

V_i＝q_i/q_max (14)

其中，q_i為節(jié)點i的當(dāng)前隊列長度，q_max為節(jié)點緩沖區(qū)最大隊列長度?？梢婈犃姓加寐士捎行П硎竟?jié)點的負(fù)載輕重。

當(dāng)節(jié)點i向其某一前向節(jié)點j轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包時，將二者之間的勢函數(shù)定義為：

其中，cost_i,j為節(jié)點i與鄰居節(jié)點j間的鏈路質(zhì)量。如果使用鏈路丟包率來衡量鏈路質(zhì)量，那么則有

其中，Loss_i,j為上一輪節(jié)點i向鄰居節(jié)點j發(fā)送數(shù)據(jù)的丟包率。

為了將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)移至負(fù)載較輕的節(jié)點，基于當(dāng)前節(jié)點i與下一跳備選節(jié)點j之間的負(fù)載差異和鏈路質(zhì)量，定義一個作用在輪廓上的外力，其計算公式如下：

在外力的作用下，數(shù)據(jù)包在當(dāng)前節(jié)點i的前向發(fā)送范圍內(nèi)選擇負(fù)載輕且鏈路質(zhì)量好的鄰居節(jié)點進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，改變了只有內(nèi)力作用下數(shù)據(jù)包總是沿著最短距離路徑轉(zhuǎn)發(fā)的單一路由方案，從而實現(xiàn)節(jié)點能量有效性和流量均衡性的均衡匹配。

步驟305，根據(jù)內(nèi)力參數(shù)和外力參數(shù)計算合力參數(shù)。

本實施例中，合力參數(shù)為合力。

綜合考慮節(jié)點的能耗和流量負(fù)載，式(13)和式(17)分別定義了輪廓所受的內(nèi)力和外力。二者對路由選擇的影響最終決定于其融合方式。無論采用何種路由方式，最終的路由選擇將決定于三個因素：內(nèi)外力的取值、融合方式以及融合表達(dá)式中各項系數(shù)。實際上后兩項共同決定內(nèi)外力對路由選擇的影響程度。簡單起見，將上述內(nèi)力和外力進(jìn)行線性加權(quán)得到該輪廓曲線所受到的合力為：

其中，λ和μ為正調(diào)和系數(shù)，且：

λ+μ＝1 (19)

由式(18)知，調(diào)和系數(shù)的取值將很大程度影響路由協(xié)議的具體性能。為了確定內(nèi)外力對輪廓曲線的各自作用，消除隨機(jī)性，采用如下的調(diào)和系數(shù)計算方法：

λ＝σ_int/(σ_int+σ_ext) (20)

μ＝σ_ext/(σ_int+σ_ext) (21)

其中，σ_int和σ_int分別為節(jié)點i到其前向節(jié)點所構(gòu)成輪廓模型所受內(nèi)力和為外力的標(biāo)準(zhǔn)差，其可以有效調(diào)和輪廓所受內(nèi)力和外力的不均衡程度。

合力的作用不僅保證數(shù)據(jù)包選擇其前向節(jié)點中負(fù)載較輕且流量匯聚節(jié)點的最短路徑方向上的節(jié)點作為下一跳，而且保證在避免路由回傳、環(huán)路的情況下，繞過擁塞節(jié)點并流經(jīng)較短路徑到達(dá)匯聚節(jié)點，實現(xiàn)率全網(wǎng)節(jié)點能量有效和流量均衡的結(jié)合。

步驟306，選擇合力參數(shù)最大的前向節(jié)點作為下一跳節(jié)點，將數(shù)據(jù)包發(fā)送至該下一跳節(jié)點：

下面是基于上述實施例的一個路由方法：

1)選取需要轉(zhuǎn)發(fā)信息的傳感器節(jié)點i的鄰居節(jié)點集和前向節(jié)點集。首先以d₀為通信半徑,確定與i之間有邊存在的鄰居節(jié)點集合Nbr(i)，在其中選出距離匯聚節(jié)點比i近的節(jié)點,則這些節(jié)點組成了i的前向節(jié)點集合FNbr(i)。

2)確定節(jié)點i和前向節(jié)點間的輪廓模型。并根據(jù)式(6)計算出輪廓曲線的長度C_i,j。

3)分別計算輪廓所受的彈性力和剛性力，根據(jù)式(13)計算出內(nèi)力

4)根據(jù)式(17)計算當(dāng)前節(jié)點i與每一個下一跳節(jié)點間輪廓所受的外力

5)將步驟3)和4)中的參量代入式(18)，求輪廓模型所受到的合力，然后根據(jù)式(22)選擇下一跳節(jié)點；

6)若FNbr(i)為空集，則直接在Nbr(i)中比較各輪廓模型所受合力，選擇合力最大的節(jié)點作為下一跳；若Nbr(i)仍為空集，則丟棄該數(shù)據(jù)包。

7)若當(dāng)前向節(jié)點集合包含匯聚節(jié)點時,直接將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給匯聚節(jié)點,完成整個數(shù)據(jù)傳輸過程。

為了檢驗算法的性能，本文采用Matlab對VFTR與GPSR、TADR三種協(xié)議進(jìn)行對比，其中VFTR即為本發(fā)明的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由方法，仿真過程中，所有傳感器普通節(jié)點同構(gòu)：具有相同的存儲能力、計算能力和傳輸半徑，同時所有節(jié)點能量不受限制，隨機(jī)分布在100m*100m的正方形區(qū)域內(nèi)，所有節(jié)點一旦放置就不再移動。具體仿真參數(shù)如表1所示，仿真參數(shù)并不恒定，可以根據(jù)不同需要改變某些參數(shù)。

在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，評價一個路由算法的性能指標(biāo)很多，本文選擇網(wǎng)絡(luò)吞吐率、數(shù)據(jù)包平均能耗和數(shù)據(jù)包平均時延這三項指標(biāo)來衡量各算法的性能。網(wǎng)絡(luò)吞吐率定義為仿真過程中sink節(jié)點接收到的數(shù)據(jù)包的個數(shù)與源節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)包個數(shù)的比值，該指標(biāo)能夠有效反映網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)目煽啃?。?shù)據(jù)包平均能耗定義為sink節(jié)點每收到一個數(shù)據(jù)包平均所消耗的能量，因此其能夠有效地衡量網(wǎng)絡(luò)的能量效率。數(shù)據(jù)包時延定義為從源節(jié)點發(fā)送到sink節(jié)點接收所用的時間，因此平均時延即所有數(shù)據(jù)包時延之和與sink節(jié)點接收到數(shù)據(jù)包個數(shù)之比。

表1 仿真參數(shù)

(1)網(wǎng)絡(luò)吞吐率

如圖5所示，為采用VFTR與GPSR、TADR三種不同的路由算法，當(dāng)節(jié)點數(shù)量從50到300變化時對應(yīng)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)吞吐率對比結(jié)果。從圖中可以看出，VFTR算法與GPSR、TADR算法相比有效提高了網(wǎng)絡(luò)吞吐率。

(2)數(shù)據(jù)包平均能耗

數(shù)據(jù)包平均能耗衡量一個數(shù)據(jù)包由源節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)至sink節(jié)點時所消耗的平均能量，其有效反映了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的能量效率。取各路由算法運行至400s時sink節(jié)點接收到的每個數(shù)據(jù)包的平均能耗進(jìn)行比較與分析。如圖6所示，其展示了不同拓?fù)湓O(shè)置場景下的仿真結(jié)果?？梢钥闯鯲FTR算法相較其他算法擁有最低的數(shù)據(jù)包平均能耗。同時，與其他路由節(jié)能算法相比其性能受到網(wǎng)絡(luò)規(guī)模變化的影響也最小。

(3)平均時延

如圖7所示，對GPSR、TADR和本文的VFTR三種算法在不同的節(jié)點個數(shù)下的數(shù)據(jù)包平均時延進(jìn)行了對比，從圖7中可以反應(yīng)出：GPSR時延最高，TADR次之，而VFTR時延最低。

上述各實施例，通過對無線傳感網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制進(jìn)行詳細(xì)分析通過建立輪廓模型，隨后從降低節(jié)點能耗和均衡網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的角度出發(fā)，基于節(jié)點的地理位置和隊列占用率分別定義輪廓曲線的內(nèi)力和外力，使數(shù)據(jù)包依據(jù)合力最大的原則選擇下一跳節(jié)點，從而提高了無線傳感網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖越M織性，保證了節(jié)點能量的高效利用，并有效均衡了網(wǎng)絡(luò)的流量負(fù)載。

以上所述實施例的各技術(shù)特征可以進(jìn)行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實施例中的各個技術(shù)特征所有可能的組合都進(jìn)行描述，然而，只要這些技術(shù)特征的組合不存在矛盾，都應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是本說明書記載的范圍。

以上所述實施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，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)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。