[发明专利]一种无线传感网中基于多节点协同波束成形的跨层路由方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无线传感网络，尤其涉及其中的基于多节点协同波束成形的跨层路由方法。

背景技术

随着通信技术、嵌入式计算技术和传感器技术的飞速发展和日益成熟，具有感知能力、计算能力和通信能力的无线传感器节点开始出现，并且引起了人们的极大关注。这种无线传感器节点构成无线传感网能够协调地感知、采集和处理网络覆盖区域内的各种环境信息或监测对象信息，并发布给需要这些信息的用户。无线传感网将逻辑上的信息世界与真实的物理世界融合在一起，深刻地改变了人与自然的交互方式，可以广泛地应用于军事、工农业控制、生物医疗、环境监测等诸多领域。

现有的无线传感网络中，都是基于分簇的方式工作的。随机布设的无线传感器节点根据各自位置分成若干个簇，每个簇都有一个簇头。簇内各个无线传感器节点感知的数据都通过簇头节点向其他簇头节点或者汇聚节点传输。各个簇头节点中有若干个汇聚节点，具有接入外界网络的功能，作为整个无线传感网络数据的出口。因此在无线传感网络中数据的流向是汇聚的，各个数据流都是流向汇聚节点。

相应的无线传感网在启动时各个簇头节点首先要寻找若干条能够到达汇聚节点的路径，当有数据要发送时，根据当前网络状态选择一条合适的路径，将要发送的数据通过路径上的各个簇头节点经过一跳或者多跳转发传送到汇聚节点。

网络启动时，各个簇头节点的路由表都是空白的，都无法接入到汇聚节点。于是汇聚节点发送一个广播帧，向邻近的簇头节点表示自己的存在。此时邻近的簇头节点收到汇聚节点发出的广播帧时就明确自己能够直接接入到汇聚节点，在路由表中作相应的标记。经过这第一回合，汇聚节点邻近的簇头节点都建立了自己接入汇聚节点的路径，并更新了路由表，而其余簇头节点仍然无法接入到汇聚节点。第二回合时，能够一跳到达汇聚节点的簇头节点向外广播自己的ID，表示经过自己可以到达汇聚节点，此时它们邻近的簇头节点收到某个簇头节点的ID时就明确自己能够通过这个节点经过一跳到达汇聚节点，在路由表中作相应的标记。经过这第二回合，一些离汇聚节点较远的簇头节点都建立了自己接入汇聚节点的路径，并更新了路由表，值得注意的是这些簇头节点可能通过多个中间簇头节点而获得多条接入汇聚节点的路径。经过若干个回合后，每个簇头节点都能建立一个完整的路由表，获得了接入汇聚节点的路径。

当一个簇头节点有数据要发送时，首先查询路由表获取下一跳簇头节点的ID，并将这个ID封装在一个转发请求帧中，由TX模块输出，若所选中的簇头节点是空闲的，则反馈一个确认帧建立连接；若所选中的簇头节点不空闲，则或是等待一段时间再次发送转发请求或是再次查询路由表，寻找一条新的路径。在与选中的下一跳簇头节点建立连接后，簇头节点就将要发送的数据封装后由TX模块输出。下一跳簇头节点收下数据后再查询自己的路由表，寻找一条接入汇聚节点的路径。如是经过若干次转发，数据就会被传送的汇聚节点中。

在上面所述的路由方式中，都是在网络层独立完成的，网络层查询路由表，确定下一跳簇头节点ID时就将ID信息封装在帧中交给TX模块输出。TX模块无区别地对待发送给各个簇头节点的数据，并以相同的功率进行转发。这种路由方式簇头节点的负担会很重，以致过早地耗尽所有的能量，导致网络需要频繁的调整簇头，且随着部分簇头节点的失效，网络中会出现部分无传感器节点的未知区域。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无线传感网中基于多节点协同波束成形的跨层路由方法。

本发明要解决的是现有路由方式中，簇头节点的负担重，以致过早地耗尽所有的能量，导致网络需要频繁的调整簇头，且随着部分簇头节点的失效，网络中会出现部分无传感器节点的未知区域等的问题。

本发明的技术方案是：本发明至少包括路由表建立和数据传输二个过程；在路由表建立过程中，簇头节点建立路由表并为每个下一跳节点设计一个波束成形矢量；在数据传输过程中，簇内的所有节点根据波束成形矢量对自己发送信号的幅度和相位进行调整，并与下一跳节点建立连接，协同传输数据。