本發(fā)明涉及電網(wǎng)通信技術領域，特別是涉及一種無線傳感網(wǎng)絡AODV路由協(xié)議實現(xiàn)系統(tǒng)及方法。

背景技術：

蓄能水電站是智能電網(wǎng)中重要的基礎設施，能夠通過電網(wǎng)負荷峰谷時段的水電能轉(zhuǎn)化，實現(xiàn)電能的高效利用和收益。由于蓄能水電站的選址和建設的特殊要求，電網(wǎng)中蓄能水電站大多占地面積廣，且位于通信不便的深山和大谷之中。水電站廠房為地下洞穴式廠房，少人值守，主要通過無線傳感器網(wǎng)絡實現(xiàn)對整個蓄能水電站廠房的環(huán)境參數(shù)的采集與監(jiān)控，這些生產(chǎn)運行的實時信息和畫面，是電網(wǎng)生產(chǎn)現(xiàn)場的第一手資料，對于系統(tǒng)運行的穩(wěn)定以及故障預警和定位，具有重要的意義。

保障蓄能水電站生產(chǎn)運行監(jiān)控的無線傳感網(wǎng)絡(Wireless Sensor Network，WSN)是建立在功能集成、高速雙向通信網(wǎng)絡的基礎之上，它高度融合了前沿傳感測量技術、通信技術、計算機技術與控制技術。無線傳感網(wǎng)絡中節(jié)點設備既作為采集終端完成數(shù)據(jù)的監(jiān)測、采集；同時作為路由設備，完成信息的多跳傳遞與轉(zhuǎn)發(fā)，網(wǎng)絡不依賴現(xiàn)有的通信設備；節(jié)點間以自組織、多跳中繼的方式完成信息的傳輸。系統(tǒng)路由層通常使用較為成熟的無線自組網(wǎng)按需距離矢量(Ad hoc On-Demand Distance Vector，AODV)協(xié)議進行路由選擇。

傳統(tǒng)的AODV路由方法是按需建立路由，當節(jié)點有通信需求才啟動路由發(fā)現(xiàn)過程，由源節(jié)點開始向周圍節(jié)點廣播路由請求RREQ(Route Request)消息，中繼節(jié)點接收和轉(zhuǎn)發(fā)RREQ消息，當有中繼節(jié)點為目的節(jié)點或存在到目的節(jié)點的路徑時，立即發(fā)送路由回復(Route Replay，RREP)消息給源節(jié)點，AODV協(xié)議按照最短跳數(shù)原則進行路由選擇。由于僅僅考慮了節(jié)點跳數(shù)，沒有考慮節(jié)點的實際情況，會導致數(shù)據(jù)傳輸時延增大、丟包率增加，導致無線傳感網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)傳輸性能下降。

技術實現(xiàn)要素：

基于此，有必要針對上述問題，提供一種可提高無線傳感網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)傳輸性能的無線傳感網(wǎng)絡AODV路由協(xié)議實現(xiàn)系統(tǒng)及方法。

一種無線傳感網(wǎng)絡AODV路由協(xié)議實現(xiàn)系統(tǒng)，包括：

發(fā)送源節(jié)點，用于在未檢測到到達目的節(jié)點的路由信息時，向周圍節(jié)點廣播攜帶有路由轉(zhuǎn)發(fā)代價因子權值的路由請求；所述路由轉(zhuǎn)發(fā)代價因子權值由節(jié)點電量等級因子、節(jié)點負荷狀態(tài)因子以及跳數(shù)權值表征；

中間節(jié)點，用于接收路由請求；根據(jù)本節(jié)點的剩余電量和節(jié)點隊列緩存長度，計算本節(jié)點的電量等級因子及負荷狀態(tài)因子；以及根據(jù)本節(jié)點的電量等級因子、負荷狀態(tài)因子判斷本節(jié)點是否適合傳輸路由請求；若是，則根據(jù)本節(jié)點的電量等級因子、負荷狀態(tài)因子以及跳數(shù)權值對所述路由請求攜帶的路由轉(zhuǎn)發(fā)代價因子權值進行更新，并轉(zhuǎn)發(fā)更新后的路由請求。

一種無線傳感網(wǎng)絡AODV路由協(xié)議實現(xiàn)方法，包括以下步驟：

發(fā)送源節(jié)點在未檢測到到達目的節(jié)點的路由信息時，向周圍節(jié)點廣播攜帶有路由轉(zhuǎn)發(fā)代價因子權值的路由請求；所述路由轉(zhuǎn)發(fā)代價因子權值由節(jié)點電量等級因子、節(jié)點負荷狀態(tài)因子以及跳數(shù)權值表征；

中間節(jié)點接收路由請求，根據(jù)本節(jié)點的剩余電量和節(jié)點隊列緩存長度，計算本節(jié)點的電量等級因子及負荷狀態(tài)因子；

所述中間節(jié)點根據(jù)本節(jié)點的電量等級因子、負荷狀態(tài)因子判斷本節(jié)點是否適合傳輸路由請求；

若是，則所述中間節(jié)點在本節(jié)點適合傳輸路由請求時，根據(jù)本節(jié)點的電量等級因子、負荷狀態(tài)因子以及跳數(shù)權值對所述路由請求攜帶的路由轉(zhuǎn)發(fā)代價因子權值進行更新，并轉(zhuǎn)發(fā)更新后的路由請求。

上述無線傳感網(wǎng)絡AODV路由協(xié)議實現(xiàn)系統(tǒng)及方法，發(fā)送源節(jié)點在未檢測到到達目的節(jié)點的路由信息時，向周圍節(jié)點廣播攜帶有由節(jié)點電量等級因子、節(jié)點負荷狀態(tài)因子以及跳數(shù)權值表征的路由轉(zhuǎn)發(fā)代價因子權值的路由請求。中間節(jié)點接收路由請求，根據(jù)本節(jié)點的剩余電量和節(jié)點隊列緩存長度，計算本節(jié)點的電量等級因子及負荷狀態(tài)因子。中間節(jié)點根據(jù)本節(jié)點的電量等級因子、負荷狀態(tài)因子判斷本節(jié)點是否適合傳輸路由請求；若是，則中間節(jié)點根據(jù)本節(jié)點的電量等級因子、負荷狀態(tài)因子以及跳數(shù)權值對路由請求攜帶的路由轉(zhuǎn)發(fā)代價因子權值進行更新，并轉(zhuǎn)發(fā)更新后的路由請求。在路由發(fā)現(xiàn)的過程中，將節(jié)點電量等級因子和節(jié)點負荷狀態(tài)因子兩個參數(shù)作為節(jié)點是否參與轉(zhuǎn)發(fā)的判斷依據(jù)?；诠?jié)點電量等級因子、節(jié)點負荷狀態(tài)因子以及跳數(shù)權值3方面因素，在路由選擇的過程中充分考慮節(jié)點能量和負荷狀況，避免在處于擁塞狀態(tài)和剩余能量不足的節(jié)點上建立路由，更符合無線傳感網(wǎng)絡的應用需求，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?、均衡網(wǎng)絡的能量消耗，提高了無線傳感網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)傳輸性能。

附圖說明

圖1為一個實施例中無線傳感網(wǎng)絡AODV路由協(xié)議實現(xiàn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；

圖2為一個實施例中無線傳感網(wǎng)絡AODV路由協(xié)議實現(xiàn)方法的流程圖；

圖3為一個實施例中無線傳感網(wǎng)絡AODV路由協(xié)議實現(xiàn)的算法流程示意圖；

圖4為一個實施例中目的節(jié)點的路徑選擇示意圖。

具體實施方式

在一個實施例中，一種無線傳感網(wǎng)絡AODV路由協(xié)議實現(xiàn)系統(tǒng)，適用于蓄能水電站。如圖1所示，該系統(tǒng)包括發(fā)送源節(jié)點110和中間節(jié)點120。

發(fā)送源節(jié)點110用于在未檢測到到達目的節(jié)點的路由信息時，向周圍節(jié)點廣播攜帶有路由轉(zhuǎn)發(fā)代價因子權值的路由請求。

路由轉(zhuǎn)發(fā)代價因子權值由節(jié)點電量等級因子、節(jié)點負荷狀態(tài)因子以及跳數(shù)權值表征。AODV路由協(xié)議的特點是按需建立路由，當節(jié)點有通信需求才啟動路由發(fā)現(xiàn)過程，當該節(jié)點路由表中不存在(或已失效)到達目的節(jié)點的路由表項時，源節(jié)點開始向周圍節(jié)點廣播路由請求消息RREQ。本實施例中，對發(fā)送節(jié)點廣播的路由請求消息RREQ進行的擴展，得到攜帶有路由轉(zhuǎn)發(fā)代價因子權值的路由請求RREQ_CM。

具體地，通過改進AODV路由協(xié)議中的RREQ消息的幀格式，為RREQ消息分組添加了累計代價函數(shù)值字段COST_MESTRICS。擴展后的路由請求RREQ_CM消息幀格式如表1所示，其中，消息幀格式包括分組類型、保留字段、轉(zhuǎn)發(fā)跳數(shù)計數(shù)器、路由請求識別碼、目的節(jié)點的IP地址、目的節(jié)點序列號、源節(jié)點IP地址和源節(jié)點序列號。增加累計代價函數(shù)值字段COST_MESTRICS，用于表示由節(jié)點剩余能量、節(jié)點符合狀況以及跳數(shù)三方面信息綜合表征的節(jié)點路由轉(zhuǎn)發(fā)代價。

表1

在路由請求階段，改進了協(xié)議的RREQ消息，增加了用于表示路由轉(zhuǎn)發(fā)代價因子權值的COST_MESTRICS字段，以便于后續(xù)進行路由轉(zhuǎn)發(fā)代價因子權值統(tǒng)計。

中間節(jié)點120用于接收路由請求；根據(jù)本節(jié)點的剩余電量和節(jié)點隊列緩存長度，計算本節(jié)點的電量等級因子及負荷狀態(tài)因子；以及根據(jù)本節(jié)點的電量等級因子、負荷狀態(tài)因子判斷本節(jié)點是否適合傳輸路由請求；若是，則根據(jù)本節(jié)點的電量等級因子、負荷狀態(tài)因子以及跳數(shù)權值對路由請求攜帶的路由轉(zhuǎn)發(fā)代價因子權值進行更新，并轉(zhuǎn)發(fā)更新后的路由請求。

在路由發(fā)現(xiàn)的過程中，提出了節(jié)點電量等級因子和節(jié)點負荷狀態(tài)因子兩個參數(shù)，作為節(jié)點是否參與轉(zhuǎn)發(fā)的判斷依據(jù)。中間節(jié)點120可預先存儲可通行的下一級節(jié)點的信息，在確認可參與轉(zhuǎn)發(fā)時以便進行路由請求轉(zhuǎn)發(fā)。若不參與轉(zhuǎn)發(fā)，則中間節(jié)點120可直接將報文丟棄。

基于節(jié)點電量等級因子、節(jié)點負荷狀態(tài)因子以及跳數(shù)權值3方面因素，在路由選擇的過程中可充分考慮節(jié)點能量和負荷狀況，避免在處于擁塞狀態(tài)和剩余能量不足的節(jié)點上建立路由。

此外，在檢測到達目的節(jié)點的路由信息時，發(fā)送源節(jié)點110則可直接根據(jù)路由信息發(fā)送數(shù)據(jù)。中間節(jié)點120在接收到發(fā)送源節(jié)點110發(fā)送的數(shù)據(jù)后，判斷本節(jié)點是否是目的節(jié)點，若否，則根據(jù)路由信息再次轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，直至目的節(jié)點接收到數(shù)據(jù)。

在一個實施例中，中間節(jié)點根據(jù)本節(jié)點的剩余電量和節(jié)點隊列緩存長度，計算本節(jié)點的電量等級因子及負荷狀態(tài)因子，包括：

根據(jù)本節(jié)點的剩余電量和預設的電池最大充電量，計算得到本節(jié)點的剩余電量百分比；根據(jù)本節(jié)點的剩余電量百分比，以及預設的剩余電量區(qū)間與電量等級因子的對應關系，得到本節(jié)點的電量等級因子。根據(jù)本節(jié)點的節(jié)點隊列緩存長度和預設的節(jié)點分組緩存最大長度，計算得到本節(jié)點的隊列長度百分比；根據(jù)本節(jié)點的隊列長度百分比，以及預設的隊列長度百分比區(qū)間與負荷狀態(tài)因子的對應關系，得到本節(jié)點的負荷狀態(tài)因子。

具體地，無線傳感網(wǎng)節(jié)點采用電池供電，節(jié)點電量對于網(wǎng)絡性能有重要影響，采用E_PCT表示節(jié)點剩余電量百分比，如下所示。

E_PCT＝E_residual/E_initial

其中，E_residual為節(jié)點當前剩余電量，E_initial為該節(jié)點電池最大充電量。將節(jié)點剩余電量百分比劃分為若干區(qū)間，不同區(qū)間對應不同的節(jié)點電量等級因子。各節(jié)點可根據(jù)本節(jié)點E_PCT值確定所屬的剩余電量區(qū)間，進而計算更新本節(jié)點的電量等級因子。本實施例中，剩余電量區(qū)間與電量等級因子的對應關系如下。

E₁至E₅分別為各剩余電量區(qū)間對應的電量等級因子。本實施例會中，電量等級因子的值隨剩余電量區(qū)間的遞增而增大，即E₁>E₂>E₃>E₄>E₅。具體可通過節(jié)點的電量檢測模塊檢測節(jié)點剩余，并計算更新節(jié)點電量的百分比，當E_PCT≥0.8時，表明節(jié)點能量非常充足，能夠承擔長時間的數(shù)據(jù)交換和傳輸，為該節(jié)點賦予最高的能量等級因子，作為轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點參與路由；當0.8>E_PCT≥0.2時，說明網(wǎng)絡中該節(jié)點的能量較為充足，可以被作為中間轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點，為該節(jié)點賦予適中的能量等級因子；當0.2>E_PCT≥0.05時，說明網(wǎng)絡中該節(jié)點能量已經(jīng)不充足，應該避免過多地使用該節(jié)點參與路由，如果再長時間的承擔路由和轉(zhuǎn)發(fā)工作，可能導致節(jié)點能量迅速降低，當使用該節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)，會引起較大端到端時延，為該節(jié)點賦予較低的能量等級因子；當節(jié)點能量百分比0.05>E_PCT≥0，說明節(jié)點電量即將耗盡，應避免使用該節(jié)點參與路由轉(zhuǎn)發(fā)。

節(jié)點負荷狀態(tài)因子用于說明節(jié)點的符合狀況，使用L_PCT表示節(jié)點的隊列長隊列長度百分比，具體如下所示。

L_PCT＝L_qs/L_ini

其中，L_qs為節(jié)點當前隊列長度，L_ini為預設的節(jié)點分組緩存最大長度。將節(jié)點負荷百分比劃分為若干區(qū)間，不同區(qū)間對應不同的節(jié)點負荷狀態(tài)因子。各節(jié)點可根據(jù)本節(jié)點L_PCT值確定所屬的負荷百分比區(qū)間，進而計算更新本節(jié)點的負荷狀態(tài)因子。在無線傳感網(wǎng)絡中，節(jié)點分組緩存的最大長度L_ini為64。本實施例中，隊列長度百分比區(qū)間與負荷狀態(tài)因子的對應關系如下。

L₁至L₅分別為各隊列長度百分比區(qū)間對應的負荷狀態(tài)因子。本實施例會中，負荷狀態(tài)因子的值隨隊列長度百分比區(qū)間的遞增而增大。具體可通過節(jié)點的符合狀態(tài)檢測模塊檢測當前緩存隊列長度，并計算更新節(jié)點狀態(tài)負荷因子。當L_PCT≥0.9時，表明節(jié)點當前負荷超重，使用該節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)，會導致緩存隊列溢出，引起較大端到端時延，應該避免使用該節(jié)點參與路由，為該節(jié)點賦予最高的負荷狀態(tài)因子；當0.9>L_PCT≥0.7時，說明網(wǎng)絡中該節(jié)點負荷較重，盡量避免使用該節(jié)點作為中間轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點，因為使用該節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)，會引起較大端到端時延，為該節(jié)點賦予較高的節(jié)電負荷狀態(tài)因子；當0.7>E_PCT≥0.4時，說明網(wǎng)絡中該節(jié)點處于輕度負荷狀態(tài)，可以使用該節(jié)點承擔路由和轉(zhuǎn)發(fā)工作，為該節(jié)點賦予適中的能量等級因子；當節(jié)點能量等級因子0.4>L_PCT≥0，說明節(jié)點處于正常工作狀態(tài)，推薦使用此節(jié)點進行路由轉(zhuǎn)發(fā)，為該節(jié)點賦予最低的節(jié)點負荷狀態(tài)因子。

可以理解，剩余電量區(qū)間與電量等級因子的對應關系，以及隊列長度百分比區(qū)間與負荷狀態(tài)因子的對應關系的具體形式并不唯一，可根據(jù)實際情況調(diào)整。電量等級因子的值也可以是隨剩余電量區(qū)間的遞增而減小，負荷狀態(tài)因子的值也可以是隨隊列長度百分比區(qū)間的遞增而減小。

在一個實施例中，電量等級因子的值隨剩余電量區(qū)間的遞增而增大，負荷狀態(tài)因子的值隨隊列長度百分比區(qū)間的遞增而增大。中間節(jié)點120根據(jù)本節(jié)點的電量等級因子、負荷狀態(tài)因子判斷本節(jié)點是否適合傳輸路由請求，包括：若本節(jié)點的電量等級因子為最低值，且本節(jié)點的電量等級因子為最高值，則本節(jié)點不適合傳輸路由請求。

通過節(jié)點能量等級因子和節(jié)點負荷狀態(tài)因子的計算，如果節(jié)點的能量等級因子處于最低值同時節(jié)點的負荷狀態(tài)因子為最高值時(上文中節(jié)點能量等級因子和負荷狀態(tài)因子分別為E₅和L₁時)，說明該節(jié)點電量即將耗盡，同時節(jié)點負荷較重或緩存隊列已經(jīng)溢出，此時節(jié)點若收到路由信息RREQ_CM，則進行丟棄處理。

在一個實施例中，中間節(jié)點120根據(jù)本節(jié)點的電量等級因子、負荷狀態(tài)因子以及跳數(shù)權值對路由請求攜帶的累計代價函數(shù)值字段進行更新，并轉(zhuǎn)發(fā)更新后的路由請求，包括：

根據(jù)本節(jié)點的電量等級因子、負荷狀態(tài)因子以及跳數(shù)權值計算得到本節(jié)點的代價因子權值；將本節(jié)點的代價因子權值對路由請求中的路由轉(zhuǎn)發(fā)代價因子權值更新，得到路由請求對應路徑的轉(zhuǎn)發(fā)代價權值；轉(zhuǎn)發(fā)攜帶有路徑的轉(zhuǎn)發(fā)代價權值的路由請求。

考慮到應用于蓄能水電站的傳感網(wǎng)絡帶寬受限，傳感器網(wǎng)絡節(jié)點能量受限等具體條件的約束，節(jié)點的代價因子函數(shù)應該考慮節(jié)點負荷狀態(tài)因子，節(jié)點電量因子，和節(jié)點跳數(shù)權值等三個方面的因素。

中間節(jié)點120繼續(xù)消息轉(zhuǎn)發(fā)時，基于本節(jié)點的電量等級因子、負荷狀態(tài)因子以及跳數(shù)權值，計算并更新本節(jié)點的代價因子權值，并將本節(jié)點的代價因子權值累計到RREQ_CM消息的代價因子值，得到此路徑的轉(zhuǎn)發(fā)代價權值，用于確定本節(jié)點與源節(jié)點之間的最優(yōu)路徑。

節(jié)點跳數(shù)權值可以根據(jù)接收到的轉(zhuǎn)發(fā)請求報文消息計算得出。節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)的代價因子函數(shù)表示為：

Cost_Metrics(i)＝φ(H_statsi,E_PCTi,L_PCTi)

中間節(jié)點120在收到路由請求RREQ_CM后，根據(jù)報文信息得出節(jié)點的跳數(shù)權值H_stats，計算并更新節(jié)點負荷狀態(tài)因子L_PCTi、節(jié)點電量因子E_PCTi。通過上述3個參數(shù)，根據(jù)代價因子函數(shù)計算得到節(jié)點自身的轉(zhuǎn)發(fā)代價權值。

中間節(jié)點120對路由請求中的路由轉(zhuǎn)發(fā)代價因子權值更新，若中間節(jié)點120是直接接收發(fā)送源節(jié)點110發(fā)送的路由請求，則直接將本節(jié)點的代價因子權值存入路由請求RREQ_CM中；若中間節(jié)點120不是直接接收發(fā)送源節(jié)點110發(fā)送的路由請求，則根據(jù)路由請求RREQ_CM獲得上一跳節(jié)點的累計代價因子權值，將本節(jié)點的代價因子權值與路由請求RREQ_CM中的累計代價因子權值累加，得到該路徑的代價權值，并填寫入路由請求RREQ_CM。

將攜帶有路徑的代價權值的路由請求RREQ_CM進行轉(zhuǎn)發(fā)，以供下一節(jié)點接收。

進一步地，在一個實施例中，中間節(jié)點120將本節(jié)點的代價因子權值對路由請求中的路由轉(zhuǎn)發(fā)代價因子權值更新，得到路由請求對應路徑的轉(zhuǎn)發(fā)代價權值之后，轉(zhuǎn)發(fā)攜帶有對應路徑的轉(zhuǎn)發(fā)代價權值的路由請求之前，還用于根據(jù)路由請求判斷本節(jié)點是否為目的節(jié)點；若否，則轉(zhuǎn)發(fā)攜帶有對應路徑的轉(zhuǎn)發(fā)代價權值的路由請求；若是，則根據(jù)路由請求對應的路徑返回應答消息至發(fā)送源節(jié)點。

具體地，中間節(jié)點120可根據(jù)路由請求RREQ_CM中攜帶的目的節(jié)點的信息進行判斷，若本節(jié)點不是目的節(jié)點，則繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)路由請求RREQ_CM，并在再次接收到路由請求后，再次計算本節(jié)點的電量等級因子、負荷狀態(tài)因子判斷本節(jié)點是否適合傳輸路由請求。

若本節(jié)點是目的節(jié)點，則通過路由請求RREQ_CM對應的路徑返回應答消息至發(fā)送源節(jié)點110。此外，應答消息中可攜帶有該路徑的轉(zhuǎn)發(fā)代價權值，以便于發(fā)送源節(jié)點110確定目的節(jié)點與源節(jié)點之間的最優(yōu)路徑。

本實施例中，發(fā)送源節(jié)點110選擇轉(zhuǎn)發(fā)代價權值最小的路徑作為最優(yōu)路徑，選擇剩余能量多、負載小及跳數(shù)短的鏈路作為路由，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?、均衡網(wǎng)絡的能量消耗。

蓄能水電站在通信時可用的頻段受限，同時蓄能水電站場景面積廣闊，導致監(jiān)測節(jié)點數(shù)量的增加，即節(jié)點間通信量的增加引起網(wǎng)絡擁塞，降低系統(tǒng)性能。所以應用于蓄能水電站中的無線傳感器網(wǎng)絡，需要結(jié)合蓄能水電站的具體應用場景，以及傳感器網(wǎng)絡特點，對現(xiàn)有AODV路由協(xié)議進行優(yōu)化，主要問題有以下幾個方面：1)傳輸路徑選擇僅依據(jù)最短路徑原則，在有線網(wǎng)絡中正確而有效。但在無線網(wǎng)絡中，收發(fā)端節(jié)點間路徑最短，即跳數(shù)最少，意味著中繼節(jié)點間的傳輸距離增加，信號經(jīng)歷的衰落也相應增加，鏈路更易由于干擾丟包，通信質(zhì)量不能得到保障，最短路徑并不一定是最優(yōu)路經(jīng)。2)無線傳感網(wǎng)中，節(jié)點采用電池供電能量有限，節(jié)點能耗是傳感網(wǎng)系統(tǒng)研究的關鍵問題。

上述無線傳感網(wǎng)絡AODV路由協(xié)議實現(xiàn)系統(tǒng)，在路由發(fā)現(xiàn)的過程中，將節(jié)點電量等級因子和節(jié)點負荷狀態(tài)因子兩個參數(shù)作為節(jié)點是否參與轉(zhuǎn)發(fā)的判斷依據(jù)。基于節(jié)點電量等級因子、節(jié)點負荷狀態(tài)因子以及跳數(shù)權值3方面因素，在路由選擇的過程中充分考慮節(jié)點能量和負荷狀況，避免在處于擁塞狀態(tài)和剩余能量不足的節(jié)點上建立路由，更符合無線傳感網(wǎng)絡的應用需求，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?、均衡網(wǎng)絡的能量消耗，提高了無線傳感網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)傳輸性能。

在一個實施例中，一種無線傳感網(wǎng)絡AODV路由協(xié)議實現(xiàn)方法，基于上述無線傳感網(wǎng)絡AODV路由協(xié)議實現(xiàn)系統(tǒng)實現(xiàn)，適用于蓄能水電站。如圖2所示，該方法包括以下步驟：

步驟S110：發(fā)送源節(jié)點在未檢測到到達目的節(jié)點的路由信息時，向周圍節(jié)點廣播攜帶有路由轉(zhuǎn)發(fā)代價因子權值的路由請求。

路由轉(zhuǎn)發(fā)代價因子權值由節(jié)點電量等級因子、節(jié)點負荷狀態(tài)因子以及跳數(shù)權值表征。本實施例中，對發(fā)送節(jié)點廣播的路由請求消息RREQ進行的擴展，得到攜帶有路由轉(zhuǎn)發(fā)代價因子權值的路由請求RREQ_CM。具體地，通過改進AODV路由協(xié)議中的RREQ消息的幀格式，為RREQ消息分組添加了累計代價函數(shù)值字段COST_MESTRICS。擴展后的路由請求RREQ_CM消息幀格式如表1所示。

在路由請求階段，改進了協(xié)議的RREQ消息，增加了用于表示路由轉(zhuǎn)發(fā)代價因子權值的COST_MESTRICS字段，以便于后續(xù)進行路由轉(zhuǎn)發(fā)代價因子權值統(tǒng)計。

步驟S120：中間節(jié)點接收路由請求，根據(jù)本節(jié)點的剩余電量和節(jié)點隊列緩存長度，計算本節(jié)點的電量等級因子及負荷狀態(tài)因子。

在路由發(fā)現(xiàn)的過程中，提出了節(jié)點電量等級因子和節(jié)點負荷狀態(tài)因子兩個參數(shù)，作為節(jié)點是否參與轉(zhuǎn)發(fā)的判斷依據(jù)。

步驟S130：中間節(jié)點根據(jù)本節(jié)點的電量等級因子、負荷狀態(tài)因子判斷本節(jié)點是否適合傳輸路由請求。

根據(jù)電量等級因子、負荷狀態(tài)因子判斷本節(jié)點是否適合傳輸路由請求的具體方式并不唯一，若本節(jié)點適合傳輸，則進行步驟S140，若本節(jié)點不適合傳輸，則中間節(jié)點可直接將報文丟棄。

步驟S140：中間節(jié)點在本節(jié)點適合傳輸路由請求時，根據(jù)本節(jié)點的電量等級因子、負荷狀態(tài)因子以及跳數(shù)權值對路由請求攜帶的路由轉(zhuǎn)發(fā)代價因子權值進行更新，并轉(zhuǎn)發(fā)更新后的路由請求。

中間節(jié)點可預先存儲可通行的下一級節(jié)點的信息，在確認可參與轉(zhuǎn)發(fā)時以便進行路由請求轉(zhuǎn)發(fā)?；诠?jié)點電量等級因子、節(jié)點負荷狀態(tài)因子以及跳數(shù)權值3方面因素，在路由選擇的過程中可充分考慮節(jié)點能量和負荷狀況，避免在處于擁塞狀態(tài)和剩余能量不足的節(jié)點上建立路由。

此外，在檢測到達目的節(jié)點的路由信息時，無線傳感網(wǎng)絡AODV路由協(xié)議實現(xiàn)方法還可包括：

發(fā)送源節(jié)點根據(jù)路由信息發(fā)送數(shù)據(jù)；中間節(jié)點在接收到發(fā)送源節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)后，判斷本節(jié)點是否是目的節(jié)點，若否，則根據(jù)路由信息再次轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，直至目的節(jié)點接收到數(shù)據(jù)。

在一個實施例中，步驟S120包括步驟122至步驟128。

步驟122：根據(jù)本節(jié)點的剩余電量和預設的電池最大充電量，計算得到本節(jié)點的剩余電量百分比。

步驟124：根據(jù)本節(jié)點的剩余電量百分比，以及預設的剩余電量區(qū)間與電量等級因子的對應關系，得到本節(jié)點的電量等級因子。

步驟126：根據(jù)本節(jié)點的節(jié)點隊列緩存長度和預設的節(jié)點分組緩存最大長度，計算得到本節(jié)點的隊列長度百分比。

步驟128：根據(jù)本節(jié)點的隊列長度百分比，以及預設的隊列長度百分比區(qū)間與負荷狀態(tài)因子的對應關系，得到本節(jié)點的負荷狀態(tài)因子。

可以理解，剩余電量區(qū)間與電量等級因子的對應關系，以及隊列長度百分比區(qū)間與負荷狀態(tài)因子的對應關系的具體形式并不唯一。

在一個實施例中，電量等級因子的值隨剩余電量區(qū)間的遞增而增大，負荷狀態(tài)因子的值隨隊列長度百分比區(qū)間的遞增而增大。步驟S130包括：若本節(jié)點的電量等級因子為最低值，且本節(jié)點的電量等級因子為最高值，則本節(jié)點不適合傳輸路由請求。

通過節(jié)點能量等級因子和節(jié)點負荷狀態(tài)因子的計算，如果節(jié)點的能量等級因子處于最低值同時節(jié)點的負荷狀態(tài)因子為最高值時，說明該節(jié)點電量即將耗盡，同時節(jié)點負荷較重或緩存隊列已經(jīng)溢出，此時節(jié)點若收到路由信息，則進行丟棄處理。

在一個實施例中，步驟S140包括步驟142至步驟146。

步驟142：根據(jù)本節(jié)點的電量等級因子、負荷狀態(tài)因子以及跳數(shù)權值計算得到本節(jié)點的代價因子權值。

步驟144：將本節(jié)點的代價因子權值對路由請求中的路由轉(zhuǎn)發(fā)代價因子權值更新，得到路由請求對應路徑的轉(zhuǎn)發(fā)代價權值。

步驟146：轉(zhuǎn)發(fā)攜帶有路徑的轉(zhuǎn)發(fā)代價權值的路由請求。將攜帶有路徑的代價權值的路由請求進行轉(zhuǎn)發(fā)，以供下一節(jié)點接收。

進一步地，在一個實施例中，步驟144之后，步驟146之前，步驟S140還包括步驟145和步驟147。

步驟145：根據(jù)路由請求判斷本節(jié)點是否為目的節(jié)點；若否，則進行步驟146；若是，則進行步驟147。

步驟147：根據(jù)路由請求對應的路徑返回應答消息至發(fā)送源節(jié)點。

若本節(jié)點是目的節(jié)點，則通過路由請求對應的路徑返回應答消息至發(fā)送源節(jié)點。此外，應答消息中可攜帶有該路徑的轉(zhuǎn)發(fā)代價權值，以便于發(fā)送源節(jié)點確定目的節(jié)點與源節(jié)點之間的最優(yōu)路徑。

本實施例中，無線傳感網(wǎng)絡AODV路由協(xié)議實現(xiàn)方法還包括發(fā)送源節(jié)點選擇轉(zhuǎn)發(fā)代價權值最小的路徑作為最優(yōu)路徑的步驟，選擇剩余能量多、負載小及跳數(shù)短的鏈路作為路由，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?、均衡網(wǎng)絡的能量消耗。

為便于更好地理解上述無線傳感網(wǎng)絡AODV路由協(xié)議實現(xiàn)方法，下面結(jié)合具體實施例進行詳細解釋說明。

圖3所示為一實施例中無線傳感網(wǎng)絡AODV路由協(xié)議實現(xiàn)的算法流程示意圖。發(fā)送源節(jié)點在準備發(fā)送數(shù)據(jù)時，檢測是否存在到達目的節(jié)點的路由信息，若存在路由信息則發(fā)送數(shù)據(jù)。中間節(jié)點接收到數(shù)據(jù)后檢測是否是目的節(jié)點，若是，則完成數(shù)據(jù)發(fā)送；若否，則進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，并再次接收發(fā)送源節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)進行目的節(jié)點判斷。

若不存在到達目的節(jié)點的路由信息，則發(fā)送源節(jié)點廣播路由請求RREQ_CM，中間節(jié)點接收到路由請求RREQ_CM消息后，獲得上一跳節(jié)點更新的代價函數(shù)值，并計算更新本節(jié)點電量等級因子、負荷狀態(tài)因子。判斷本節(jié)點是否適合傳輸，若本節(jié)點不適合傳輸，則丟棄該路由請求RREQ_CM。若本節(jié)點適合傳輸，則計算代價函數(shù)，確定源節(jié)點到本節(jié)點的最優(yōu)路徑。最后中間節(jié)點判斷本節(jié)點是否是目的節(jié)點，若否，則轉(zhuǎn)發(fā)路由請求RREQ_CM，并等待再次接收到發(fā)送源節(jié)點發(fā)送的路由請求RREQ_CM；若是，則發(fā)送應答消息至發(fā)送源節(jié)點。

如圖4所示為一個實施例中目的節(jié)點的路徑選擇示意圖。當新源節(jié)點和目的節(jié)點需要進行消息傳遞時，新源節(jié)點主動發(fā)起路由請求消息，通過中間節(jié)點廣播建立路由，傳統(tǒng)的AODV協(xié)議按照最短跳數(shù)原則對路徑進行選擇，所以當RREQ消息到達接收端時，目的節(jié)點會選擇路徑2或者路徑3作為路由。但是如果綜合考慮路徑的節(jié)點剩余能量，節(jié)點的負荷狀況以及節(jié)點跳數(shù)等因素，求出路徑的代價因子權值，這兩條路徑的跳數(shù)最短，但是這兩條鏈路代價因子權值比較大，如果這兩條作為傳輸鏈路，極有可能發(fā)生中斷或出現(xiàn)很大延遲。根據(jù)上述AODV路由協(xié)議實現(xiàn)方法，綜合考量節(jié)點剩余能量、節(jié)點的負荷狀況以及節(jié)點跳數(shù)等因素，選擇路徑代價因子權值COST_MESTRICS值最小的路徑4作為傳輸數(shù)據(jù)的鏈路，保障傳輸效果的同時，均衡網(wǎng)絡的能量消耗和負載的，提高了網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)傳輸性能。

上述無線傳感網(wǎng)絡AODV路由協(xié)議實現(xiàn)方法，在路由發(fā)現(xiàn)的過程中，將節(jié)點電量等級因子和節(jié)點負荷狀態(tài)因子兩個參數(shù)作為節(jié)點是否參與轉(zhuǎn)發(fā)的判斷依據(jù)?；诠?jié)點電量等級因子、節(jié)點負荷狀態(tài)因子以及跳數(shù)權值3方面因素，在路由選擇的過程中充分考慮節(jié)點能量和負荷狀況，避免在處于擁塞狀態(tài)和剩余能量不足的節(jié)點上建立路由，更符合無線傳感網(wǎng)絡的應用需求，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?、均衡網(wǎng)絡的能量消耗，提高了無線傳感網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)傳輸性能。

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

以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對發(fā)明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，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，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應以所附權利要求為準。