] 圖4為本發(fā)明面向發(fā)射干擾的路由策略示意圖一；
[0032] 圖5為本發(fā)明面向發(fā)射干擾的路由策略示意圖二。
【具體實(shí)施方式】
[0033] 以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0034] 一種面向放射干擾的工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由構(gòu)建方法，其步驟包括：
[0035] 步驟一：如圖1所示，傳感器節(jié)點(diǎn)的通信范圍估計(jì)。節(jié)點(diǎn)使用全向天線以一定發(fā) 射功率發(fā)射信號，對各方向上的信號衰減情況進(jìn)行評估，各個(gè)方向上的節(jié)點(diǎn)接收信號后向 發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)送ACK信息，該消息包括接收信號強(qiáng)度指示以及接收節(jié)點(diǎn)與發(fā)射節(jié)點(diǎn)之間的距 離，基于曲線擬合方法計(jì)算出節(jié)點(diǎn)在各方向上的最大發(fā)射半徑，使得節(jié)點(diǎn)能夠估計(jì)出干擾 源出現(xiàn)前的正常通信范圍，以及干擾源出現(xiàn)后的衰減通信范圍。發(fā)射信號進(jìn)行通信能力評 估的節(jié)點(diǎn)稱為發(fā)射節(jié)點(diǎn)，發(fā)射節(jié)點(diǎn)選取某一方向作為參考方向，每隔22. 5°作為一個(gè)采樣 方向，即節(jié)點(diǎn)共具備16個(gè)采樣方向。每個(gè)采樣方向上的收到發(fā)射信號的節(jié)點(diǎn)稱為采樣節(jié) 點(diǎn)，采樣節(jié)點(diǎn)將信號到達(dá)自身時(shí)的強(qiáng)度以及與發(fā)射節(jié)點(diǎn)之間的距離封裝到ACK消息中發(fā)送 給發(fā)射節(jié)點(diǎn)，發(fā)射節(jié)點(diǎn)就某一采樣方向上即可收到若干包含接收信號強(qiáng)度指示以及距離的 樣本對，使用最小二乘估計(jì)對該方向上獲得的樣本對進(jìn)行曲線擬合，根據(jù)接收信噪比SNR 的強(qiáng)度可在曲線上求得該采樣方向上的最大發(fā)射半徑。將16個(gè)采樣方向上的最大發(fā)射半 徑所在位置進(jìn)行連接，所獲多邊形的內(nèi)接圓即為估計(jì)的發(fā)射節(jié)點(diǎn)通信范圍。
[0036] 步驟二：如圖2,發(fā)射干擾源定位?？紤]發(fā)射干擾源對節(jié)點(diǎn)通信能力的衰減，出現(xiàn) 干擾源前后節(jié)點(diǎn)的鄰居表中維護(hù)的鄰居個(gè)數(shù)會(huì)減少，使用所述步驟一計(jì)算鄰居個(gè)數(shù)減少的 節(jié)點(diǎn)衰減后的通信范圍，基于極大似然法對發(fā)射干擾源進(jìn)行定位。發(fā)射干擾區(qū)域內(nèi)的節(jié)點(diǎn) 因通信能力衰減，連接的鄰居個(gè)數(shù)減少，當(dāng)超過三個(gè)以上節(jié)點(diǎn)感知到鄰居個(gè)數(shù)減少，就對當(dāng) 前衰減后的通信范圍進(jìn)行估計(jì)，再通過極大似然法對發(fā)射干擾源進(jìn)行多邊定位。圖2中節(jié) 點(diǎn)Al，A2, A3發(fā)現(xiàn)自身維護(hù)的鄰居表中鄰居個(gè)數(shù)減少，使用所述步驟一計(jì)算當(dāng)前通信范圍 后發(fā)現(xiàn)通信能力減弱，使用多邊定位公式
[0040] 可求得發(fā)射干擾源的估計(jì)坐標(biāo)（Xj，yj)，常量β。其中，（Xl， yi)表示Al坐標(biāo)，（x2， y2)表示A2坐標(biāo)，（x3, y3)表示A3坐標(biāo)，rhlS Al衰減后的通信半徑，r h2S A2衰減后的通 信半徑，rh3為A3衰減后的通信半徑。當(dāng)出現(xiàn)三個(gè)以上定位節(jié)點(diǎn)對發(fā)射干擾源進(jìn)行定位時(shí)， 使用極大似然法進(jìn)行多邊定位。
[0041] 步驟三：如圖3,發(fā)射干擾源區(qū)域計(jì)算?？紤]定位誤差的影響，對定位的發(fā)射干擾 源的覆蓋范圍進(jìn)行估計(jì)。將定位獲得的發(fā)射干擾源與其一跳范圍的鄰居節(jié)點(diǎn)構(gòu)造 Delaunay 三角形，將與發(fā)射干擾源直接相連的節(jié)點(diǎn)的通信范圍合并，使用外接圓對合并后的圖形進(jìn) 行覆蓋，并將其作為估計(jì)的發(fā)射干擾區(qū)域范圍。圖3中實(shí)心圓表示發(fā)射干擾源的一跳鄰居， 灰色節(jié)點(diǎn)為構(gòu)建Delaunay三角形后與發(fā)射干擾源直接相連的節(jié)點(diǎn)，需要合并灰色節(jié)點(diǎn)的 通信范圍，使用外接圓對合并后的圖形進(jìn)行覆蓋即為估計(jì)的發(fā)射干擾區(qū)域范圍。
[0042] 步驟四：在正常工作區(qū)域和發(fā)射干擾區(qū)域內(nèi)執(zhí)行不同的策略選取下一跳節(jié)點(diǎn)。 正常工作區(qū)域中的節(jié)點(diǎn)根據(jù)節(jié)點(diǎn)能量，轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延，鏈路可靠性決定下一跳。當(dāng)路由路徑 接近發(fā)射干擾區(qū)域時(shí)，當(dāng)前節(jié)點(diǎn)會(huì)根據(jù)當(dāng)前干擾區(qū)域周圍的網(wǎng)絡(luò)連通度，節(jié)點(diǎn)能量水平， 以及鏈路可靠性，采用繞開發(fā)射干擾區(qū)域或者穿越發(fā)射干擾區(qū)域的策略。在正常工作 區(qū)域中節(jié)點(diǎn)僅將與自己相比離sink更近的鄰居節(jié)點(diǎn)加入路由表，選入路由表的節(jié)點(diǎn)由 一個(gè)三元組（E，D，R)評價(jià)作為下一跳節(jié)點(diǎn)的各性能指標(biāo)；E用以表針能量成本，D用以 表針轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延，R用以表征鏈路可靠性；路由表中候選下一跳節(jié)點(diǎn)的最小能量成本記為 E_，最小轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延記為D_，最大鏈路可靠性記為R_.;節(jié)點(diǎn)i被選為下一跳的權(quán)重值為
選擇路由表中權(quán)重值最高的節(jié)點(diǎn)作為轉(zhuǎn)發(fā)下 一跳。
[0043] 如圖4、圖5所示，其中圖4為繞行干擾區(qū)，圖5為穿越干擾區(qū)。在路由路徑接近發(fā) 射干擾區(qū)域時(shí)，以干擾區(qū)域的半徑為短軸建立長軸最短的外接橢圓，使得外接橢圓在干擾 區(qū)域以外的部分滿足網(wǎng)絡(luò)連通性要求，同時(shí)節(jié)點(diǎn)的能量水平不低于全網(wǎng)平均水平。當(dāng)長軸 長度不超過兩倍短軸的前提下，能夠建立起上述外接橢圓時(shí)，當(dāng)路由路徑接近發(fā)射干擾區(qū) 域，在外接橢圓去除干擾區(qū)域以外的部分按照在正常工作區(qū)域中節(jié)點(diǎn)下一跳的選取方法選 取轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)，繞開干擾區(qū)域。若所建立的外接橢圓長軸超出兩倍短軸，或連通性、節(jié)點(diǎn)能量 不滿足要求時(shí)，當(dāng)路由路徑接近發(fā)射干擾區(qū)域，下一跳節(jié)點(diǎn)直接有干擾區(qū)域內(nèi)進(jìn)行選取，干 擾區(qū)域內(nèi)的節(jié)點(diǎn)會(huì)根據(jù)剩余能量以及干擾區(qū)域內(nèi)部的連通情況調(diào)節(jié)發(fā)射功率，保證路由路 徑能夠穿越干擾區(qū)域。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種面向發(fā)射干擾的工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由構(gòu)建方法，其特征在于：包括W下步 驟： 步驟一：傳感器節(jié)點(diǎn)的通信范圍估計(jì) 節(jié)點(diǎn)使用全向天線W最大發(fā)射功率發(fā)射信號，對各方向上的信號衰減情況進(jìn)行評估， 各個(gè)方向上的節(jié)點(diǎn)接收信號后向發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)送ACK信息，所述ACK信息包括接收信號強(qiáng)度 指示W(wǎng)及接收節(jié)點(diǎn)與發(fā)射節(jié)點(diǎn)之間的距離，基于曲線擬合方法可計(jì)算出節(jié)點(diǎn)在各方向上的 最大發(fā)射半徑，使得節(jié)點(diǎn)能夠估計(jì)干擾源出現(xiàn)前的正常通信范圍，W及干擾源出現(xiàn)后的衰 減通信范圍； 步驟二：發(fā)射干擾源定位 考慮發(fā)射干擾源對節(jié)點(diǎn)通信能力的衰減，出現(xiàn)干擾源前后節(jié)點(diǎn)鄰居表中維護(hù)的鄰居個(gè) 數(shù)會(huì)減少，使用所述步驟一計(jì)算鄰居個(gè)數(shù)減少的節(jié)點(diǎn)衰減后的通信范圍，基于極大似然法 對發(fā)射干擾源進(jìn)行定位； 步驟=:發(fā)射干擾源區(qū)域大小計(jì)算 考慮定位誤差的影響，對定位的發(fā)射干擾源的覆蓋范圍進(jìn)行估計(jì)； 步驟四：在正常工作區(qū)域和發(fā)射干擾區(qū)域內(nèi)執(zhí)行不同的策略選取下一跳節(jié)點(diǎn) 正常工作區(qū)域中的節(jié)點(diǎn)根據(jù)節(jié)點(diǎn)能量，轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延，鏈路可靠性決定下一跳，當(dāng)路由路徑 接近發(fā)射干擾區(qū)域時(shí)，當(dāng)前節(jié)點(diǎn)會(huì)根據(jù)當(dāng)前干擾區(qū)域周圍的網(wǎng)絡(luò)連通度，節(jié)點(diǎn)能量水平，W 及鏈路可靠性，采用繞開發(fā)射干擾區(qū)域或者穿越發(fā)射干擾區(qū)域的策略。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向發(fā)射干擾的工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由構(gòu)建方法，其 特征在于：所述步驟一中，節(jié)點(diǎn)各方向上的最大發(fā)射半徑計(jì)算方法如下： 發(fā)射信號進(jìn)行通信能力評估的節(jié)點(diǎn)稱為發(fā)射節(jié)點(diǎn)，發(fā)射節(jié)點(diǎn)選取某一方向作為參考方 向，每隔22. 5°作為一個(gè)采樣方向，即節(jié)點(diǎn)共具備16個(gè)采樣方向，每個(gè)采樣方向上的收到 發(fā)射信號的節(jié)點(diǎn)稱為采樣節(jié)點(diǎn)，采樣節(jié)點(diǎn)將信號到達(dá)自身時(shí)的強(qiáng)度W及與發(fā)射節(jié)點(diǎn)之間的 距離封裝到ACK消息中發(fā)送給發(fā)射節(jié)點(diǎn)，發(fā)射節(jié)點(diǎn)就某一采樣方向上即可收到若干包含接 收信號強(qiáng)度指示W(wǎng)及距離的樣本對，使用最小二乘估計(jì)對該方向上獲得的樣本對進(jìn)行曲線 擬合，根據(jù)接收信噪比SNR的強(qiáng)度可在曲線上求得該采樣方向上的最大發(fā)射半徑，將16個(gè) 采樣方向上的最大發(fā)射半徑所在位置進(jìn)行連接，所獲多邊形的內(nèi)接圓即為估計(jì)的發(fā)射節(jié)點(diǎn) 通信范圍。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向發(fā)射干擾的工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由構(gòu)建方法，其 特征在于：所述步驟二中，發(fā)射干擾源的定位方法如下： 發(fā)射干擾區(qū)域內(nèi)的節(jié)點(diǎn)因通信能力衰減，連接的鄰居個(gè)數(shù)減少，當(dāng)超過=個(gè)W上節(jié)點(diǎn) 感知到鄰居個(gè)數(shù)減少，并對當(dāng)前衰減后的通信范圍進(jìn)行估計(jì)，再通過極大似然法進(jìn)行多邊 定位。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向發(fā)射干擾的工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由構(gòu)建方法，其 特征在于：所述步驟=中，發(fā)射干擾源覆蓋范圍的計(jì)算方法如下： 將定位獲得的發(fā)射干擾源與其一跳范圍的節(jié)點(diǎn)構(gòu)造Delaunay=角形，將與發(fā)射干擾 源直接相連的節(jié)點(diǎn)的通信范圍合并，使用外接圓對合并后的圖形進(jìn)行覆蓋，并將其作為估 計(jì)的發(fā)射干擾區(qū)域范圍。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向發(fā)射干擾的工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由構(gòu)建方法，其 特征在于：所述步驟四中，在正常工作區(qū)域中節(jié)點(diǎn)下一跳選取方法如下： 節(jié)點(diǎn)僅將與自己相比離sink更近的鄰居節(jié)點(diǎn)加入路由表，選入路由表的節(jié)點(diǎn)由 一個(gè)S元組化化時(shí)評價(jià)作為下一跳節(jié)點(diǎn)的各性能指標(biāo)；E用W表針能量成本，D用W 表針轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延，R用W表征鏈路可靠性；路由表中候選下一跳節(jié)點(diǎn)的最小能量成本記為 Emi。，最小轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延記為Dmi。，最大鏈路可靠性記為Rm。、.;節(jié)點(diǎn)i被選為下一跳的權(quán)重值為1> +片+>' = 1)，選擇路由表中權(quán)重值最高的節(jié)點(diǎn)作為轉(zhuǎn)發(fā)下 一跳。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向發(fā)射干擾的工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由構(gòu)建方法，其 特征在于：所述步驟四中，在路由路徑接近發(fā)射干擾區(qū)域時(shí)節(jié)點(diǎn)下一跳選取方法如下： W干擾區(qū)域的半徑為短軸建立長軸最短的外接楠圓，使得外接楠圓在干擾區(qū)域W外的 部分滿足網(wǎng)絡(luò)連通性要求，同時(shí)節(jié)點(diǎn)的能量水平不低于全網(wǎng)平均水平，當(dāng)長軸長度不超過 兩倍短軸的前提下，能夠建立起上述外接楠圓時(shí)，當(dāng)路由路徑接近發(fā)射干擾區(qū)域，在外接楠 圓去除干擾區(qū)域W外的部分按照在正常工作區(qū)域中節(jié)點(diǎn)下一跳的選取方法選取轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)， 繞開干擾區(qū)域，若所建立的外接楠圓長軸超出兩倍短軸，或連通性、節(jié)點(diǎn)能量不滿足要求 時(shí)，當(dāng)路由路徑接近發(fā)射干擾區(qū)域，下一跳節(jié)點(diǎn)直接有干擾區(qū)域內(nèi)進(jìn)行選取，干擾區(qū)域內(nèi)的 節(jié)點(diǎn)會(huì)根據(jù)剩余能量W及干擾區(qū)域內(nèi)部的連通情況調(diào)節(jié)發(fā)射功率，保證路由路徑能夠穿越 干擾區(qū)域。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種面向發(fā)射干擾的工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由構(gòu)建方法，其步驟包括：首先，節(jié)點(diǎn)根據(jù)采樣方向上的電磁波衰減估計(jì)實(shí)際通信能力；其次，根據(jù)出現(xiàn)干擾源前后鄰居節(jié)點(diǎn)的變化，估計(jì)發(fā)射干擾源的位置，并使用Delaunay三角形對發(fā)射干擾區(qū)域的大小進(jìn)行計(jì)算；最后基于能量成本，轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延，鏈路可靠性作為轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)的選取標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)路由路徑靠近發(fā)射干擾區(qū)域時(shí)，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)連通性，節(jié)點(diǎn)能量水平，使用繞行或穿越的方式進(jìn)行路由控制。本發(fā)明能夠在復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境中有效評估節(jié)點(diǎn)的通信能力，應(yīng)對發(fā)射干擾對網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸帶來的影響，提高網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性和可靠性。
【IPC分類】H04W84/18, H04W40/16
【公開號】CN105208620
【申請?zhí)枴緾N201510551877
【發(fā)明人】韓光潔, 劉立, 江金芳, 舒磊
【申請人】河海大學(xué)常州校區(qū)
【公開日】2015年12月30日
【申請日】2015年9月1日