[发明专利]具有能量捕获特性的无线传感网时延最小化路由选择方法

说明书

技术领域

本发明属于无线传感器领域，尤其是一种具有能量捕获特性的无线传感网的时延最小化路由选择方法，该方法适用于具有能量捕获特性的无线传感器网络。

背景技术

无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSN)有着非常广泛的应用前景。但是，传感器节点的能量限制一直是WSN应用受限的一个重要的决定性因素。传感器节点的能量一般来源于电池，而电池的容量是有限制的，能量的耗尽意味着传感器节点生命的结束。

由具有从环境中捕获能量特性的传感器节点组成的无线传感器网络(Energy-Harvesting Wireless Sensor Networks,EH-WSN)，提供了一种有效突破能量供应瓶颈的解决方法。

能量捕获和能量管理是EH-WSNs“开源节流”的两个有效技术手段。能量捕获技术指将环境中的能量转化为电能，比如光伏电板将太阳能转化为电能、压电传感器将机械能转化为电能。将这些电板或传感器安装于普通传感器节点上，通过能量模块进行管理，就能够捕获环境中的能量。能量管理技术往往涉及对能量消耗的智能控制。当传感器节点的能量捕获速率与节点能量消耗速率相对平衡时，理论上节点能够持久工作。但是，当网络节点部署在能量捕获速率很低的环境中，节点中继数据包的能量消耗速率远大于节点能量捕获速率时，就可能存在每一条路由中至少有一个节点的现有能量不足以提供中继服务，且要等到节点捕获到足够多的能量时才能继续提供服务，造成了长时间的能量捕获等待时延。过大的能量捕获时延会导致大量待发送数据的堆积、网络吞吐率下降等问题。因此，在这背景下，我们就需要考虑时延最小化的路由选择。

CN200710190264公开了“异步传感器网络中时延受限且能量高效的在线路由方法”。在该发明中，提供了一种有时延限制的事件驱动型无线传感器网络(WSN)中的高效路由协议，该协议在端到端时延限制的条件下优化节点的睡眠调度来最大化WSN寿命。使用在线转发技术从监测节点向基站传输数据报告。在异步WSN中可以用一个时延受限且能量效高的路由协议(DCEER)来最大化WSN寿命并同时满足网络最大时延要求。使用DCEER协议时，每个节点会维护从自己向基站转发数据时的历史能耗作为虚拟坐标，数据转发沿着坐标递减方向进行。基于能耗坐标会随着时变的信道和拓扑而动态更新。节点使用转发选择机制从多个潜在转发候选节点集中选择下一跳转发节点，并注意平衡转发能耗和等待能耗。

CN201010128999公开了“一种面向无线传感器网络的随机路由的选择方法”。在该发明中，所述网络由传感器节点和一个汇聚节点构成，汇聚节点和各传感器节点均存储有所述网络的拓扑信息；进行随机路由选择时包括如下步骤：(1)网络从网络中随机选择准备发送数据包的节点；(2)准备发送数据包的节点在与其距离最小的下一跳节点中通过比较下一跳节点和准备发送数据包的节点到汇聚节点的最短路径的跳数而选择接受其数据包的下一跳节点；若被选中的下一跳节点是汇聚节点，则执行步骤(4)，否则执行步骤(3)；(3)将其数据包发送至选中的下一跳节点，以该下一跳节点为下一步路径选择中准备发送数据包的节点执行步骤(2)；(4)汇聚节点接收到数据包,结束随机路由选择。

CN200710190264公开了“一种无线传感器网络中时延限制下实现最小能耗路由的方法”。在该发明中，首先在传感器网络的节点冗余条件下，通过改进AMODV多路径路由算法产生从数据产生源节点到收集基站的多条路径，作为路径搜索的候选集合；再在生成的路径集合中，先对符合时延要求的路径进行标定，再采用基于动态规划思想的策略，分布式地求算最小能耗路径。基于生成的路径集合以很大概率包含了保证时延的最小能耗路径的经验事实，此路由实现方法切实提供了满足时延要求的最小能耗路径。

然而，上述现有技术都是基于传统电池作为能量来源的无线传感器网络，没有涉及到具有能量捕获特性的传感器节点，另外也没有从时延最小化角度来进行路由算法设计。

发明内容

为了克服现有无线传感器网络最小化路由方式的时延较大、传感器无能量捕获特性的不足，本发明在能量捕获无线传感网中能够进行端到端低时延的数据传递，本发明提出了一种时延最小化的具有能量捕获特性的无线传感网时延最小化路由选择方法。

为了解决上述技术问题提出的技术方案为：

一种具有能量捕获特性的无线传感网时延最小化路由选择方法，包括以下步骤：

第一步，源节点操作，过程如下：