專利名稱：一種面向移動傳感網的自適應路由方法
技術領域：
本發明涉及移動傳感網節點的自適應路由方法，利用概率算法解決移動傳感網信息傳輸的長延時與高能耗問題，屬于無線傳感網技術應用領域。
背景技術：
無線傳感網是由部署在監測區域內大量的廉價微型傳感器節點通過無線通信方式形成的一個多跳自組織網絡系統，其目的是協作地感知、采集和處理網絡覆蓋區域中感知對象的信息，并發送給觀察者。無線傳感網分為兩種靜態傳感網和移動傳感網，其中移動傳感網是通過不可靠的移動節點來收發數據。數據傳播方法和路徑選擇是無線傳感網部署中的關鍵問題，解決的是如何接收多個傳感器節點的數據并將其發送到接收點。它與傳統網絡的主要區別是對參與節點的能量限制。由于發送可靠數據所需的控制包數量少與部署網絡所需時間短是不能同時滿足的，那么能源消耗與可靠性如何取得一個平衡成了研究的重點。一個好的路由協議既能保證數據收發的及時性，使網絡更可靠，更具實用性，也能有效地利用能源，使網絡的壽命增強。已有的一些算法，如DSR，AODV, DSDV都提出了一些解決此問題的方法，但實驗證明這些算法并不能完全適應無線傳感網具有的獨特屬性，無線傳感網對單一目的節點通過多條路徑進行信息傳輸及傳感網絡節點變化引起的局部拓撲變化對網絡的影響。這些獨特屬性促進了一些新的方法的引進數據融合機制。它提供了本地數據集合方法及對網絡傳播中信息包的數量限制等。數據融合包括分層和簇。簇只適合在靜態傳感器中使用。在本文中我們采用無分層結構。已有的反向路徑傳輸法、距離向量法等無分層路由協議是以數據為中心，路徑的確立是由接收點對發送數據的查詢及對能保證數據傳輸質量的路徑進行維護共同決定的。針對以上信息，本發明提出多路徑概率自適應路由方法。該方法在建立路徑時首要考慮傳輸的可靠性，同時兼顧能量消耗；當數據包傳輸時，多個中繼節點會相互合作選擇最優的節點來繼續傳輸包，由此建立起多條路徑同時轉發。
發明內容
技術問題本發明的目的是提供一種面向移動傳感網的自適應路由方法，
設計一種面向移動傳感網的高速率、低能耗的多路徑概率自適應路由方法，選擇移動
傳感網源節點與目的節點間的多條路徑對數據進行傳輸，解決移動傳感網信息傳輸的長延時與高能耗的問題。技術方案本發明在移動傳感網的信息傳輸中，根據節點轉發概率來選擇中間節點，建立起多條路徑來完成從源節點到目的節點的數據傳輸，實現能源消耗與傳輸效率的最優選擇。移動傳感網的節點的自適應路由方法包括以下步驟
第一階段建立網絡路徑在一個傳輸周期內，移動傳感網目的節點分別廣播一個測試數據包，每個節點當從某一個接口收到第一個來自目的節點的測試包，該節點確認此接口為通往目的節點的最優接口，記錄下一跳地址；接收到的第二個接口為次優接口，記錄下一跳地址，以此類推；
第二階段構建轉發列表 步驟2. I :計算每個接口轉發概率
用歸一法計算出每個節點每個接口發送包至目的節點的概率Pn，將Pn、接口編號以及下一跳地址進行綁定；
步驟2. 2 :制定轉發列表
將Pn以遞減方式進行排序并組成一個隊列，潛在的轉發節點被選擇并且存放在轉發列表中，該列表決定了接收節點是允許處理的數據包，并有可能轉發給該網絡的其他部分，如
果一個節點收到一個包，但是它不在轉發列表內，那么節點將丟棄這個包；
第三階段確認轉發路徑 步驟3. I :設定閾值
設定一個概率閾值，當一個節點收到一個包，且它對應的概率大于這個值，此節點繼續轉發此包；
步驟3. 2 :確認轉發路徑
源節點發送數據包，根據轉發列表和設定的閾值選擇活躍下一跳，直到目的節點接收到數據包，目的節點在接收到第一個數據包后沿著發送路徑逆向返還一個確認數據包；步驟3. 3:設定更新計時器
設定更新計時器，周期性地更新網絡拓撲，重新選擇路徑，實現網絡對拓撲改變的自適應及移動傳感網中節點間的數據傳輸。所述的確認轉發路徑是指先通過對路徑的測試，確認每條路徑的轉發時間，在此基礎上使用歸一法計算出每個接口轉發概率，根據所設定的閾值選擇出最優的前幾條路徑轉發數據包。所述實現網絡對拓撲改變的自適應及移動傳感網中節點間的數據傳輸是
(1)基于時間因素的考慮，以最快的速度傳遞所需的信息，
(2)為保證信息能順利傳遞，且考慮能耗的因素，僅選擇特定的幾條路徑進行傳遞，而不是選擇所有路徑，
(3)基于拓撲的改變，設定更新計時器，周期性更新拓撲，選擇路徑轉發，自適應拓撲改變。有益效果本發明所述的多路徑概率自適應路由方法，首先通過對路徑的測試，確認每條路徑的轉發時間，在此基礎上使用歸一法計算出每個接口轉發概
率，根據所設定的閾值選擇出最優的前幾條路徑轉發數據包。具體來說，本發明所述的方法具有如下的有益效果
(I)基于時間因素的考慮，以最快的速度傳遞所需的信息，及時性強。(2)多條路徑同時進行轉發，保證了信息傳輸的可靠性。(3)為保證信息能順利傳遞，且考慮能耗的因素，僅選擇特定的幾條路徑進行傳遞(而不是選擇所有路徑)
(4)基于拓撲的改變，設定更新計時器，周期性更新拓撲，選擇路徑轉發，自適應拓撲改變。
圖I :算法流程圖。圖2:實例網絡拓撲圖。
具體實施例方式一、體系結構
本發明所述的自適應路由方法結構包括各個移動傳感網節點的轉發概率計算及在此基礎上的基于概率算法的自適應路由方法。本發明所面向的移動傳感網由3部分組成 (I)源節點發送測試數據包以及重要信息數據包。(2)中間節點傳遞數據包，根據閾值確認轉發至下一跳的接口。(3)目的節點接收源節點發送的數據包，并且回發確認信息。首先對本發明所述自適應路由方法的幾個重要概念做以下說明
A、轉發列表對于每個節點，都存在一個轉發列表，轉發列表中記錄的是與此節點能直接傳輸數據的直連節點信息。B、轉發概率通過每個接口接收到確認信息的時間，做一個歸一的計算，時間值越小轉發的概率越大。轉發概率大意味著該接口相對于概率低的接口優先考慮轉發數據。C、測試數據包用來確認每條路徑的傳遞效果，測試數據包的信息本身沒有實際意義，僅是作為測試作用。D、不可靠鏈路的使用在不可靠鏈路中，不只一個節點能收到廣播的包。它不是僅選擇一個節點轉發數據包，而是指定所有節點作為轉發節點。E、接口 是一個節點與其他節點間為傳輸數據建立路徑的連接點，是兩點間路徑的起點和終點。F、活躍下一跳數據要到達的下一個轉發節點是通過信息包在轉發列表中選擇的，被稱為活躍下一跳。這種機制適用于所有傳感網絡節點間多條路徑的建立和維護。二、方法流程
第一階段建立網絡路徑
在一個傳輸周期內，移動傳感網目的節點分別廣播一個測試數據包，當每個節點從某一個接口收到第一個來自目的節點的測試包，該節點確認此接口為通往目的節點的最優接口，記錄下一跳地址；接收到的第二個接口為次優接口，記錄下一跳地址，以此類推。第二階段構建轉發列表 步驟I:計算每個接口轉發概率
用歸一法計算出每個節點每個接口發送包至目的節點的概率Pn，將Pn、接口編號以及下一跳地址進行綁定。步驟2:制定轉發列表
按Pn大小進行排序并以遞減方式組成一個隊列，潛在的轉發節點被選擇并且存放在轉發列表中。該列表決定了接收節點是允許處理的數據包，并有可能轉發給該網絡的其他部分。如果一個節點收到一個包，但是它不在轉發列表內，那么節點將會丟棄這個包。
第三階段確認轉發路徑 步驟I :設定閾值
設定一個概率閾值，當一個節點收到一個包，如果它對應的概率大于這個值，則此節點繼續轉發此包。步驟2 :確認轉發路徑
源節點發送數據包，根據轉發列表和設定的閾值選擇活躍下一跳，直到目的節點接收到數據包。目的節點在接收到第一個數據包后沿著發送路徑逆向返回一個確認數據包。步驟3:設定更新計時器
設定更新計時器，周期性地更新網絡拓撲，重新選擇路徑，實現網絡對拓撲改變的自適應及移動傳感網中節點間的數據傳輸。下面對附圖本發明的某些實例作更詳細的描述。根據附圖2和附表1，本發明具體的實施方式為
I)本實例建立了一個由I個源節點、8個中間節點、I個目的節點組成的移動傳感網。在一個傳輸周期內，目的節點分別廣播一個測試數據包，每個節點當從某一個接口收到第一個來自目的節點的測試包，該節點確認此接口為通往目的節點的最優接口，記錄下一跳地址；接收到的第二個接口為次優接口，記錄下一跳地址，以此類推。在本實例中，源節點與A、B、C、D四個節點可直接建立路徑傳輸數據，接口分別對應為接口 0，1，2，3。目的節點廣播測試數據包，源節點通過接口 1，2，3，4先后收到四個包。2)用歸一法計算出每個節點每個接口發送包至目的節點的概率Pn，將Pn、接口編號以及下一跳地址進行綁定。在本實例中，A、B、C、D四個節點對應的節點轉發概率為P1>P2>P3>P4o則源節點的轉發列表包含A、B、C、D四個點及與之對應的概率，并按從大到小形成隊列，如附表I所示。3)給每一個轉發列表設置一個閾值TTL，當成功轉發概率大于等于TTL時，此節點可轉發，當成功轉發概率小于TTL時，此節點不轉發，在保證信息盡快傳遞的同時盡量減少包的轉發次數。4)當目的節點接收到第一個來自源節點發送的信息時，會沿著接收端口逆向發送一個確認數據包給源節點，之后收到相同的數據包則不會再返還確認信息。5)設定一個Ts的周期，在一個周期內目的節點分別會廣播一個測試數據包，進行測試，若網絡的拓撲發生改變可以及時更新。附表I
源節點有鄰居節點A、B、C、D的信息。源節點會將列表按概率值排序
權利要求
1.一種移動傳感網的節點的自適應路由方法，其特征在于該方法包括以下步驟 第一階段建立網絡路徑 在一個傳輸周期內，移動傳感網目的節點分別廣播ー個測試數據包，每個節點當從某ー個接ロ收到第一個來自目的節點的測試包，該節點確認此接ロ為通往目的節點的最優接ロ，記錄下一跳地址；接收到的第二個接ロ為次優接ロ，記錄下一跳地址，以此類推； 第二階段構建轉發列表 步驟2. I :計算每個接ロ轉發概率 用歸一法計算出每個節點每個接ロ發送包至目的節點的概率Pn，將Pn、接ロ編號以及下一跳地址進行綁定； 步驟2. 2 :制定轉發列表 將Pn以遞減方式進行排序并組成ー個隊列，潛在的轉發節點被選擇并且存放在轉發列表中，該列表決定了接收節點是允許處理的數據包，并有可能轉發給該網絡的其他部分，如果ー個節點收到ー個包，但是它不在轉發列表內，那么節點將丟棄這個包； 第三階段確認轉發路徑 步驟3. I :設定閾值 設定ー個概率閾值，當ー個節點收到ー個包，且它對應的概率大于這個值，此節點繼續轉發此包； 步驟3. 2 :確認轉發路徑 源節點發送數據包，根據轉發列表和設定的閾值選擇活躍下一跳，直到目的節點接收到數據包，目的節點在接收到第一個數據包后沿著發送路徑逆向返還ー個確認數據包；步驟3. 3:設定更新計時器 設定更新計時器，周期性地更新網絡拓撲，重新選擇路徑，實現網絡對拓撲改變的自適應及移動傳感網中節點間的數據傳輸。
2.根據權利要求I所述的移動傳感網的節點的自適應路由方法，其特征在于所述的確認轉發路徑是指先通過對路徑的測試，確認每條路徑的轉發時間，在此基礎上使用歸一法計算出每個接ロ轉發概率，根據所設定的閾值選擇出最優的前幾條路徑轉發數據包。
3.根據權利要求I所述的移動傳感網節點的自適應路由方法，其特征在于所述實現網絡對拓撲改變的自適應及移動傳感網中節點間的數據傳輸是 (1)基于時間因素的考慮，以最快的速度傳遞所需的信息， (2)為保證信息能順利傳遞，且考慮能耗的因素，僅選擇特定的幾條路徑進行傳遞，而不是選擇所有路徑， (3)基于拓撲的改變，設定更新計時器，周期性更新拓撲，選擇路徑轉發，自適應拓撲改變。
全文摘要
一種面向移動傳感網的自適應路由方法，該方法通過源節點、中間節點、目的節點的相互聯系建立并維護多條路徑，實現對源節點數據到目標節點的傳輸。移動傳感網節點在進行路徑選擇時，首先讀取轉發列表的節點概率信息，對這些節點進行選擇與使用，并通過闕值的限定等策略求解源節點和目的節點之間存在的最佳路徑。本發明最大限度地來保證在時間延時最短情況下，盡可能減少能耗消耗，延長移動傳感網的壽命，使整個網絡更具可靠性和實用性。
文檔編號H04W40/02GK102857989SQ20121024194
公開日2013年1月2日 申請日期2012年7月13日 優先權日2012年7月13日
發明者陳志 , 孫萬興, 岳文靜, 馮紫雋, 余長城, 丁燚 申請人:南京郵電大學