一種基于信息高速通道的無線傳感網(wǎng)跨層路由方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于信息高速通道的無線傳感網(wǎng)跨層路由方法，其工作過程是由不斷交替的兩個(gè)階段組成的，這兩個(gè)階段分別為通道搭建期和數(shù)據(jù)傳輸期；通道搭建期完成高速信息通道的搭建，且通道搭建期的時(shí)長要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于數(shù)據(jù)傳輸期的時(shí)長；在數(shù)據(jù)傳輸期內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行正常的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸。所述通道搭建期整體分為三個(gè)階段，首先Sink節(jié)點(diǎn)完成網(wǎng)絡(luò)整體拓?fù)涞奶綔y(cè)，獲取節(jié)點(diǎn)分布情況以及能量、性能等參數(shù)；然后通過計(jì)算選取出適合的節(jié)點(diǎn)形成穩(wěn)定的高速信息通道，并且告知這些節(jié)點(diǎn)被選取為高速通道節(jié)點(diǎn)；最后由各個(gè)高速通道節(jié)點(diǎn)依次向周邊鄰居節(jié)點(diǎn)廣播自己的身份，網(wǎng)絡(luò)中普通節(jié)點(diǎn)根據(jù)這些廣播信息計(jì)算出一個(gè)進(jìn)入信息通道的最佳入口節(jié)點(diǎn)。
【專利說明】一種基于信息高速通道的無線傳感網(wǎng)跨層路由方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于信息高速通道的無線傳感網(wǎng)跨層路由方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)的自組織網(wǎng)絡(luò)中通過路由發(fā)現(xiàn)來找到通往目的節(jié)點(diǎn)（Sink節(jié)點(diǎn)）的合適路 徑，大量的路由發(fā)現(xiàn)消息分組占用了部分網(wǎng)絡(luò)資源，使得網(wǎng)絡(luò)性能有所下降；眾多節(jié)點(diǎn)搜尋 的路徑紛繁復(fù)雜、相互交錯(cuò)，使得大量信息分組交互時(shí)容易形成網(wǎng)絡(luò)擁塞狀況。遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn) (距離Sink節(jié)點(diǎn)較遠(yuǎn)的節(jié)點(diǎn)）的分組到達(dá)Sink節(jié)點(diǎn)往往要經(jīng)歷一個(gè)漫長的路徑，會(huì)導(dǎo)致時(shí) 延過長甚至不能容忍。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明涉及一種基于信息高速通道的無線傳感網(wǎng)跨層路由方法，在無線傳感器網(wǎng) 絡(luò)中，工作過程是由不斷交替的兩個(gè)階段組成的，這兩個(gè)階段分別為通道搭建期和數(shù)據(jù)傳 輸期；通道搭建期和數(shù)據(jù)傳輸期交錯(cuò)進(jìn)行；通道搭建期完成高速信息通道的搭建，并且通 道搭建期的時(shí)長要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于數(shù)據(jù)傳輸期的時(shí)長；在數(shù)據(jù)傳輸期內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行正常的 業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸；
[0004] 所述通道搭建期整體分為三個(gè)階段，首先Sink節(jié)點(diǎn)完成網(wǎng)絡(luò)整體拓?fù)涞奶綔y(cè)，獲 取節(jié)點(diǎn)分布情況以及能量、性能等參數(shù)；然后通過計(jì)算選取出適合的節(jié)點(diǎn)形成穩(wěn)定的高速 信息通道，并且告知這些節(jié)點(diǎn)被選取為高速通道節(jié)點(diǎn)；最后由各個(gè)高速通道節(jié)點(diǎn)依次向周 邊鄰居節(jié)點(diǎn)廣播自己的身份，網(wǎng)絡(luò)中普通節(jié)點(diǎn)根據(jù)這些廣播信息計(jì)算出一個(gè)進(jìn)入信息通道 的最佳入口節(jié)點(diǎn)。
[0005] 本發(fā)明采用的方法能保證所有節(jié)點(diǎn)在低能耗狀態(tài)下能實(shí)現(xiàn)比較高的能量利用效 率和網(wǎng)絡(luò)性能，并且能有效降低遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)發(fā)送的分組到達(dá)Sink節(jié)點(diǎn)的時(shí)延。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0006] 通過參照附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例，本發(fā)明的以上和其它方面及 優(yōu)點(diǎn)將變得更加易于清楚，在附圖中：
[0007] 圖1為本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)的時(shí)序結(jié)構(gòu)示意圖；
[0008] 圖2為本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫纠疽鈭D。

【具體實(shí)施方式】
[0009] 在下文中，現(xiàn)在將參照附圖更充分地描述本發(fā)明，在附圖中示出了各種實(shí)施例。然 而，本發(fā)明可以以許多不同的形式來實(shí)施，且不應(yīng)該解釋為局限于在此闡述的實(shí)施例。相 反，提供這些實(shí)施例使得本公開將是徹底和完全的，并將本發(fā)明的范圍充分地傳達(dá)給本領(lǐng) 域技術(shù)人員。
[0010] 在下文中，將參照附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例。 toon] 本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種基于信息高速通道的無線傳感網(wǎng)跨層路由方法，通過計(jì)算選 舉出合適的傳感器節(jié)點(diǎn)形成一條或多條從遠(yuǎn)端到達(dá)Sink節(jié)點(diǎn)端的信息分組快速傳遞路 徑一一信息高速通道，從而能有效降低大型無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)發(fā)送的分組到達(dá) Sink節(jié)點(diǎn)的時(shí)延，提高吞吐量和穩(wěn)定性。
[0012] 本發(fā)明設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議由兩個(gè)大時(shí)期組成一一通道搭建期和數(shù)據(jù)傳輸期。在通道 搭建期，本發(fā)明采用一種基于能量與性能參數(shù)的高速通道搭建方法，從而能形成一條或多 條穩(wěn)定的高速信息通道。在數(shù)據(jù)傳輸期，所有節(jié)點(diǎn)進(jìn)行正常的網(wǎng)絡(luò)交互。
[0013] 具體方法如下：
[0014] 一、網(wǎng)絡(luò)時(shí)序結(jié)構(gòu)
[0015] 本發(fā)明中，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的工作過程是由不斷交替的兩個(gè)階段組成的，這兩個(gè) 階段分別為通道搭建期和數(shù)據(jù)傳輸期。通道搭建期和數(shù)據(jù)傳輸期交錯(cuò)進(jìn)行；通道搭建期完 成高速信息通道的搭建，并且通道搭建期的時(shí)長要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于數(shù)據(jù)傳輸期的時(shí)長；在數(shù)據(jù)傳 輸期內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行正常的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸。
[0016] 通道搭建期整體分為三個(gè)階段。首先Sink節(jié)點(diǎn)完成網(wǎng)絡(luò)整體拓?fù)涞奶綔y(cè)，獲取節(jié) 點(diǎn)分布情況以及能量、性能等參數(shù)；然后通過計(jì)算選取出適合的節(jié)點(diǎn)形成穩(wěn)定的高速信息 通道，并且告知這些節(jié)點(diǎn)被選取為高速通道節(jié)點(diǎn)；最后由各個(gè)高速通道節(jié)點(diǎn)依次向周邊鄰 居節(jié)點(diǎn)廣播自己的身份，網(wǎng)絡(luò)中普通節(jié)點(diǎn)根據(jù)這些廣播信息計(jì)算出一個(gè)進(jìn)入信息通道的最 佳入口節(jié)點(diǎn)。
[0017] 二、通道搭建期
[0018] 本發(fā)明中的通道搭建期采用一種基于鄰居發(fā)現(xiàn)與距離值、能量參數(shù)計(jì)算的高速通 道搭建方法。
[0019] 1、整體探測(cè)期
[0020] 首先Sink節(jié)點(diǎn)會(huì)廣播一個(gè)網(wǎng)絡(luò)探測(cè)報(bào)文，其中有一個(gè)距離字段，Sink節(jié)點(diǎn)生成報(bào) 文時(shí)初始值為〇,每經(jīng)過一跳距離值增加1。所有節(jié)點(diǎn)首次收到探測(cè)報(bào)文后就記錄下其中的 距離值并將此報(bào)文繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)出去。如若重復(fù)收到探測(cè)報(bào)文，則將信收到報(bào)文中的距離值與 之前記錄的距離值相比：若新報(bào)文中值更小，則刪除之前記錄的距離值和并記錄下新報(bào)文 中的距離值，然后將此報(bào)文繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)出去；若相同或比記錄值大或者此探測(cè)報(bào)文的TTL值 為〇則丟棄。
[0021] 至此完成對(duì)所有節(jié)點(diǎn)的距離分組，為了讓高速通道能盡量向遠(yuǎn)處延伸，本發(fā)明設(shè) 計(jì)方法為每一個(gè)距離分組中的所有節(jié)點(diǎn)只有一個(gè)能入選同一條高速通道。這樣就能保證每 條高速通道的每一跳都是向網(wǎng)絡(luò)中距Sink節(jié)點(diǎn)的遠(yuǎn)端建立的。
[0022] 經(jīng)過一段時(shí)間后，所有節(jié)點(diǎn)都能獲取到自己距Sink節(jié)點(diǎn)最小的距離值。此時(shí)每個(gè) 節(jié)點(diǎn)會(huì)進(jìn)行鄰居發(fā)現(xiàn)，并與發(fā)現(xiàn)的所有鄰居節(jié)點(diǎn)交換距離值信息，把所有鄰居節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù) 與每個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)的距離值都記錄下來。
[0023] 到此整體探測(cè)期完成。
[0024] 2、通道形成期
[0025] 鄰居節(jié)點(diǎn)探測(cè)完成之后，所有節(jié)點(diǎn)會(huì)將自身的能量值E、距離值D、所有鄰居節(jié)點(diǎn) 的距離之和S發(fā)送至Sink節(jié)點(diǎn)。其中 k
[0026] S1 = ^Mj
[0027]Si表示第i號(hào)節(jié)點(diǎn)的所有鄰居節(jié)點(diǎn)距離值之和，Mj亥i號(hào)節(jié)點(diǎn)的第j個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn) 的距離值，k表示該i號(hào)節(jié)點(diǎn)擁有鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)目。
[0028]Sink節(jié)點(diǎn)收到之后，會(huì)根據(jù)能量值E、距離值D以及鄰居節(jié)點(diǎn)距離之和S計(jì)算出每 個(gè)節(jié)點(diǎn)的權(quán)重值P E Ρ. =~~Xcc^S.Xβ
[0029] ι廠 ? Di S1
[0030]Pi表示第i號(hào)節(jié)點(diǎn)的權(quán)重值，Ei表示第i號(hào)節(jié)點(diǎn)的能量值，Di表示第i號(hào)節(jié)點(diǎn)的 距離值，Si表示第i號(hào)節(jié)點(diǎn)的所有鄰居節(jié)點(diǎn)距離值之和；α和β是控制系數(shù)，由網(wǎng)絡(luò)規(guī)模 大小控制，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模越大，α值越小。網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)總數(shù)為η α--ρ
[0031] Vn α-β^Ι
[0032] 由權(quán)重值P公式可以看出，當(dāng)節(jié)點(diǎn)距離值越小時(shí)，節(jié)點(diǎn)優(yōu)先級(jí)確定因素中能量因 素的影響越大，因?yàn)橐话銛?shù)據(jù)都朝向Sink節(jié)點(diǎn)匯聚，越靠近Sink節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸量就越大， 那么就越需要大量的能量，鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)目因素的影響次之。當(dāng)節(jié)點(diǎn)距離值越大，那么此時(shí)就 需要在充足能量基礎(chǔ)上，擁有越多的鄰居節(jié)點(diǎn)以發(fā)揮出高速通道最大的效用，并且當(dāng)Si值 越大時(shí)，表示此路線越朝向遠(yuǎn)離Sink節(jié)點(diǎn)方向。
[0033] 所有節(jié)點(diǎn)的Pi值都會(huì)在各節(jié)點(diǎn)信息傳送至Sink節(jié)點(diǎn)時(shí)計(jì)算出來并與節(jié)點(diǎn)信息一 起保存在拓?fù)浔碇?。此時(shí)所有節(jié)點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)帶有權(quán)值的無向圖，本發(fā)明設(shè)計(jì)的基于鄰居發(fā) 現(xiàn)與距離值、能量參數(shù)計(jì)算的高速通道搭建方法規(guī)定：1、所有的高速通道中相同距離值的 節(jié)點(diǎn)有且只有一個(gè)；2、選取出來的高速通道節(jié)點(diǎn)要組成一條可以連通Sink節(jié)點(diǎn)的鏈路；3、 優(yōu)先選取通道權(quán)值L小的通道。4、通道節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)m為全網(wǎng)所有節(jié)點(diǎn)中最大距離值Dmax-1。 in
[0034] L=^P1 i-1
[0035] 其中L為此高速通道的優(yōu)先權(quán)值，m為通道節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)，P為此通道中節(jié)點(diǎn)的優(yōu)先權(quán) 值。根據(jù)每條符合條件的路徑計(jì)算出其權(quán)重值L，選取L值大的路徑即為高速信息通道的最 佳線路。
[0036] 3、通告期
[0037] 高速通道選取完成之后，Sink節(jié)點(diǎn)會(huì)向這些通道節(jié)點(diǎn)發(fā)送通道節(jié)點(diǎn)任命信息。距 離值為1的即為1號(hào)通道節(jié)點(diǎn)，距離值為2的即為2號(hào)通道節(jié)點(diǎn)，以此類推。首先Sink節(jié) 點(diǎn)會(huì)將任命信息發(fā)送給1號(hào)通道節(jié)點(diǎn)，1號(hào)節(jié)點(diǎn)收到后立刻發(fā)出廣播通告信息給周圍鄰居 節(jié)點(diǎn)告知自己成為1號(hào)通道節(jié)點(diǎn)，鄰居節(jié)點(diǎn)收到后也繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)；所有節(jié)點(diǎn)僅接收并轉(zhuǎn)發(fā)一 次同一通道節(jié)點(diǎn)的通告信息，重復(fù)收到或者TTL值為0就丟棄。1號(hào)通道節(jié)點(diǎn)通告完成后所 有節(jié)點(diǎn)都可以知道去往此通道節(jié)點(diǎn)的合適路徑。然后1號(hào)通告節(jié)點(diǎn)將任命信息發(fā)送至下一 個(gè)2號(hào)通道節(jié)點(diǎn)，2號(hào)通道節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通告。后面所有通道節(jié)點(diǎn)進(jìn)行相同操作，直到所有通道 節(jié)點(diǎn)都完成通告。
[0038] 此時(shí)所有普通節(jié)點(diǎn)都知曉通往每個(gè)通道節(jié)點(diǎn)的距離與合適路徑，普通節(jié)點(diǎn)會(huì)選擇 距離自己最近的通道節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信息發(fā)送，再由通道節(jié)點(diǎn)將信息快速發(fā)送至Sink節(jié)點(diǎn)。
[0039] 當(dāng)最后一個(gè)通道節(jié)點(diǎn)完成通告時(shí)，發(fā)送一個(gè)通道完成報(bào)文至Sink節(jié)點(diǎn)，所有通道 節(jié)點(diǎn)收到會(huì)立刻轉(zhuǎn)發(fā)給下一通道節(jié)點(diǎn)并向鄰居節(jié)點(diǎn)廣播此報(bào)文，告知所有節(jié)點(diǎn)通道完成可 以開始正常工作。
[0040] 至此通告期完成，高速通道搭建完畢。通道搭建期結(jié)束，網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入數(shù)據(jù)傳輸期。
[0041] 示例：網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D2所示，Sink節(jié)點(diǎn)收到所有節(jié)點(diǎn)的信息之后會(huì)形成一個(gè)網(wǎng)絡(luò) 的整體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，根據(jù)節(jié)點(diǎn)能量值、周圍鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)目、距Sink節(jié)點(diǎn)的跳數(shù)計(jì)算得出一個(gè) 最佳路徑。假若所有節(jié)點(diǎn)能量相同，其中n0為Sink節(jié)點(diǎn)，1、5、6為1跳節(jié)點(diǎn)，2、7、10、11、12 為2跳節(jié)點(diǎn)，3、8、13、15、16、17為3跳節(jié)點(diǎn)、4、9、14、19、20、21、22、23、24為4跳節(jié)點(diǎn)。其中 最遠(yuǎn)跳數(shù)為4,那么通道選取3個(gè)節(jié)點(diǎn)，我們從每一個(gè)相同距離節(jié)點(diǎn)中選取1個(gè)節(jié)點(diǎn)組成高 速通道。
[0042] 在能量及其它參數(shù)相同的情況下，在1跳節(jié)點(diǎn)中可以選擇6號(hào)節(jié)點(diǎn)，2跳節(jié)點(diǎn)中為 7、11、12, 3跳節(jié)點(diǎn)中為8、13、16、17、18 ;我們可以形成多條高速通道，例如0?6?12? 18、0?6?11?17、0?6?7?8等等。但這其中L值最大的為0?6?12?18。
[0043] 選取結(jié)束之后，Sink節(jié)點(diǎn)將會(huì)發(fā)送消息給這些節(jié)點(diǎn)，6為1號(hào)通道節(jié)點(diǎn)，12為2號(hào) 通道節(jié)點(diǎn)，18為3號(hào)通道節(jié)點(diǎn)。進(jìn)入通告期，從6號(hào)節(jié)點(diǎn)開始，依次廣播報(bào)文通告自己的 信息，周圍節(jié)點(diǎn)接收到之后記錄下通往此入口節(jié)點(diǎn)最小跳數(shù)的路徑。如果有信息要發(fā)送至 Sink節(jié)點(diǎn)則直接通過最近的并且跳數(shù)最小的入口節(jié)點(diǎn)發(fā)送。如7號(hào)節(jié)點(diǎn)距1跳入口節(jié)點(diǎn)和 2跳入口節(jié)點(diǎn)都為1跳的距離，會(huì)優(yōu)先選擇1跳入口節(jié)點(diǎn)。
[0044] 三、數(shù)據(jù)傳輸期
[0045] 數(shù)據(jù)傳輸期則進(jìn)行正常的網(wǎng)絡(luò)交互。所有節(jié)點(diǎn)MAC層均按照802. 11中的RTS/CTS 信道預(yù)約機(jī)制。
[0046] 普通節(jié)點(diǎn)采取階段性睡眠模式進(jìn)行工作以節(jié)省能量，在固定周期內(nèi)進(jìn)行睡眠-工 作模式交替。
[0047] 通道節(jié)點(diǎn)采取激發(fā)工作模式。待激發(fā)狀態(tài)中，節(jié)點(diǎn)每隔很短時(shí)間就監(jiān)聽一次信道， 約為10個(gè)請(qǐng)求報(bào)文發(fā)送時(shí)長，監(jiān)聽時(shí)間非常非常短，大約為2個(gè)請(qǐng)求報(bào)文RTS發(fā)送的時(shí)長； 如果有信息則進(jìn)入工作模式直到信息傳輸完成。完成一次傳輸之后繼續(xù)監(jiān)聽一次信道，時(shí) 間也為2個(gè)請(qǐng)求報(bào)文發(fā)送的時(shí)長，如果沒有消息就繼續(xù)進(jìn)入待激發(fā)狀態(tài)，有消息需要發(fā)送 則繼續(xù)發(fā)送。
[0048] 以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明。本發(fā)明可以有各種合 適的更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng) 包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種基于信息高速通道的無線傳感網(wǎng)跨層路由方法，其特征在于： 工作過程是由不斷交替的兩個(gè)階段組成的，這兩個(gè)階段分別為通道搭建期和數(shù)據(jù)傳輸 期；通道搭建期和數(shù)據(jù)傳輸期交錯(cuò)進(jìn)行；通道搭建期完成高速信息通道的搭建，并且通道 搭建期的時(shí)長要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于數(shù)據(jù)傳輸期的時(shí)長；在數(shù)據(jù)傳輸期內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行正常的業(yè) 務(wù)數(shù)據(jù)傳輸； 所述通道搭建期整體分為三個(gè)階段，首先Sink節(jié)點(diǎn)完成網(wǎng)絡(luò)整體拓?fù)涞奶綔y(cè)，獲取節(jié) 點(diǎn)分布情況以及能量、性能等參數(shù)；然后通過計(jì)算選取出適合的節(jié)點(diǎn)形成穩(wěn)定的高速信息 通道，并且告知這些節(jié)點(diǎn)被選取為高速通道節(jié)點(diǎn)；最后由各個(gè)高速通道節(jié)點(diǎn)依次向周邊鄰 居節(jié)點(diǎn)廣播自己的身份，網(wǎng)絡(luò)中普通節(jié)點(diǎn)根據(jù)這些廣播信息計(jì)算出一個(gè)進(jìn)入信息通道的最 佳入口節(jié)點(diǎn)。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種基于信息高速通道的無線傳感網(wǎng)跨層路由方法，其特征在 于： 所述通道搭建期采用一種基于鄰居發(fā)現(xiàn)與距離值、能量參數(shù)計(jì)算的信息高速通道搭建 方法，具體步驟如下： (1) 、整體探測(cè)期 首先Sink節(jié)點(diǎn)會(huì)廣播一個(gè)網(wǎng)絡(luò)探測(cè)報(bào)文，其中有一個(gè)距離字段，Sink節(jié)點(diǎn)生成報(bào)文時(shí) 初始值為〇,每經(jīng)過一跳距離值增加1 ;所有節(jié)點(diǎn)首次收到探測(cè)報(bào)文后就記錄下其中的距離 值并將此報(bào)文繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)出去；如若重復(fù)收到探測(cè)報(bào)文，則將信收到報(bào)文中的距離值與之前 記錄的距離值相比：若新報(bào)文中值更小，則刪除之前記錄的距離值和并記錄下新報(bào)文中的 距離值，然后將此報(bào)文繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)出去；若相同或比記錄值大或者此探測(cè)報(bào)文的TTL值為0則 丟棄； 至此完成對(duì)所有節(jié)點(diǎn)的距離分組，為了讓高速通道能盡量向遠(yuǎn)處延伸，每一個(gè)距離分 組中的所有節(jié)點(diǎn)只有一個(gè)能入選同一條高速通道； 經(jīng)過一段時(shí)間后，所有節(jié)點(diǎn)都能獲取到自己距Sink節(jié)點(diǎn)最小的距離值；此時(shí)每個(gè)節(jié)點(diǎn) 會(huì)進(jìn)行鄰居發(fā)現(xiàn)，并與發(fā)現(xiàn)的所有鄰居節(jié)點(diǎn)交換距離值信息，把所有鄰居節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)與每 個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)的距離值都記錄下來； 到此整體探測(cè)期完成； (2) 、通道形成期 鄰居節(jié)點(diǎn)探測(cè)完成之后，所有節(jié)點(diǎn)會(huì)將自身的能量值E、距離值D、所有鄰居節(jié)點(diǎn)的距 離之和S發(fā)送至Sink節(jié)點(diǎn)；其中
Si表示第i號(hào)節(jié)點(diǎn)的所有鄰居節(jié)點(diǎn)距離值之和，Mj亥i號(hào)節(jié)點(diǎn)的第j個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)的距 離值，k表示該i號(hào)節(jié)點(diǎn)擁有鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)目； Sink節(jié)點(diǎn)收到之后，會(huì)根據(jù)能量值E、距離值D以及鄰居節(jié)點(diǎn)距離之和S計(jì)算出每個(gè)節(jié) 點(diǎn)的權(quán)重值P
Pi表示第i號(hào)節(jié)點(diǎn)的權(quán)重值，Ei表示第i號(hào)節(jié)點(diǎn)的能量值，Di表示第i號(hào)節(jié)點(diǎn)的距離 值，Si表示第i號(hào)節(jié)點(diǎn)的所有鄰居節(jié)點(diǎn)距離值之和；a和P是控制系數(shù)，由網(wǎng)絡(luò)規(guī)模大小 控制，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模越大，a值越??；網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)總數(shù)為n
a +3 = 1 所有節(jié)點(diǎn)的Pi值都會(huì)在各節(jié)點(diǎn)信息傳送至Sink節(jié)點(diǎn)時(shí)計(jì)算出來并與節(jié)點(diǎn)信息一起保 存在拓?fù)浔碇?；此時(shí)所有節(jié)點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)帶有權(quán)值的無向圖，所述高速通道搭建方法中：1、 所有的高速通道中相同距離值的節(jié)點(diǎn)有且只有一個(gè)；2、選取出來的高速通道節(jié)點(diǎn)要組成一 條可以連通Sink節(jié)點(diǎn)的鏈路；3、優(yōu)先選取通道權(quán)值L小的通道；4、通道節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)m為全網(wǎng) 所有節(jié)點(diǎn)中最大距離值Dniax-I ;
其中L為此高速通道的優(yōu)先權(quán)值，m為通道節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)，P為此通道中節(jié)點(diǎn)的優(yōu)先權(quán)值； 根據(jù)每條符合條件的路徑計(jì)算出其權(quán)重值L，選取L值大的路徑即為高速信息通道的最佳 線路； (3)、通告期 高速通道選取完成之后，Sink節(jié)點(diǎn)會(huì)向這些通道節(jié)點(diǎn)發(fā)送通道節(jié)點(diǎn)任命信息；距離值 為1的即為1號(hào)通道節(jié)點(diǎn)，距離值為2的即為2號(hào)通道節(jié)點(diǎn)，以此類推；首先Sink節(jié)點(diǎn)會(huì)將 任命信息發(fā)送給1號(hào)通道節(jié)點(diǎn)，1號(hào)節(jié)點(diǎn)收到后立刻發(fā)出廣播通告信息給周圍鄰居節(jié)點(diǎn)告 知自己成為1號(hào)通道節(jié)點(diǎn)，鄰居節(jié)點(diǎn)收到后也繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)；所有節(jié)點(diǎn)僅接收并轉(zhuǎn)發(fā)一次同一 通道節(jié)點(diǎn)的通告信息，重復(fù)收到或者TTL值為O就丟棄；1號(hào)通道節(jié)點(diǎn)通告完成后所有節(jié)點(diǎn) 都可以知道去往此通道節(jié)點(diǎn)的合適路徑；然后1號(hào)通告節(jié)點(diǎn)將任命信息發(fā)送至下一個(gè)2號(hào) 通道節(jié)點(diǎn)，2號(hào)通道節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通告；后面所有通道節(jié)點(diǎn)進(jìn)行相同操作，直到所有通道節(jié)點(diǎn)都 完成通告； 此時(shí)所有普通節(jié)點(diǎn)都知曉通往每個(gè)通道節(jié)點(diǎn)的距離與合適路徑，普通節(jié)點(diǎn)會(huì)選擇距離 自己最近的通道節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信息發(fā)送，再由通道節(jié)點(diǎn)將信息快速發(fā)送至Sink節(jié)點(diǎn)； 當(dāng)最后一個(gè)通道節(jié)點(diǎn)完成通告時(shí)，發(fā)送一個(gè)通道完成報(bào)文至Sink節(jié)點(diǎn)，所有通道節(jié)點(diǎn) 收到會(huì)立刻轉(zhuǎn)發(fā)給下一通道節(jié)點(diǎn)并向鄰居節(jié)點(diǎn)廣播此報(bào)文，告知所有節(jié)點(diǎn)通道完成可以開 始正常工作； 至此通告期完成，高速通道搭建完畢；通道搭建期結(jié)束，網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入數(shù)據(jù)傳輸期。
3.如權(quán)利要求2所述的一種基于信息高速通道的無線傳感網(wǎng)跨層路由方法，其特征在 于： 數(shù)據(jù)傳輸期進(jìn)行正常的網(wǎng)絡(luò)交互，所有節(jié)點(diǎn)MAC層均按照802. 11中的RTS/CTS信道預(yù) 約機(jī)制； 普通節(jié)點(diǎn)采取階段性睡眠模式進(jìn)行工作以節(jié)省能量，在固定周期內(nèi)進(jìn)行睡眠-工作模 式交替； 通道節(jié)點(diǎn)采取激發(fā)工作模式；待激發(fā)狀態(tài)中，節(jié)點(diǎn)每隔很短時(shí)間就監(jiān)聽一次信道，約為 10個(gè)請(qǐng)求報(bào)文發(fā)送時(shí)長，監(jiān)聽時(shí)間非常非常短，大約為2個(gè)請(qǐng)求報(bào)文RTS發(fā)送的時(shí)長；如果 有信息則進(jìn)入工作模式直到信息傳輸完成；完成一次傳輸之后繼續(xù)監(jiān)聽一次信道，時(shí)間也 為2個(gè)請(qǐng)求報(bào)文發(fā)送的時(shí)長，如果沒有消息就繼續(xù)進(jìn)入待激發(fā)狀態(tài)，有消息需要發(fā)送則繼 續(xù)發(fā)送。
【文檔編號(hào)】H04W40/24GK104363628SQ201410619657
【公開日】2015年2月18日 申請(qǐng)日期:2014年11月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月5日
【發(fā)明者】饒?jiān)? 曹一明, 鄧成, 朱軍, 江朝輝, 王永梅, 李旸, 陳衛(wèi), 傅雷揚(yáng), 商伶俐, 高寧, 馬玉寶, 丁仁源 申請(qǐng)人:安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)