[发明专利]无线传感器网络能量有效机会路由的实现方法

说明书

无线传感器网络能量有效机会路由协议的实现方法，在传输数据过程中选择第一中继节点、备用中继节点，并利用备用中继节点实现协作数据转发，提高数据转发的可靠性和及时性。

技术领域

本发明涉及无线传感器，具体说的是，针对无线传感器网络机会路由中节点能量有限和无线链路传送数据不及时的问题，本文提出了能量有效机会路由实现方法。

背景技术

无线传感器网络(WSN,wireless sensor networks)是由部署在监测区域内能够进行信息采集、数据处理和无线通信的节点，所形成的无线多跳网络。与传统的无线多跳网络相比，WSN协作地感知、采集和处理监测区域中所感知对象信息，使得观察者能够及时的获取事件信息。因此，WSN被广泛的应用在军事监测、温度监控、野生动物追踪和预警机制等方面。监测区域内的节点通常由不能二次充电的电池提供能量，这就使得WSN的工作受到有限能量的限制，节能成为 WSN研究的主要问题之一。

在WSN的应用过程中，节点可能会因为故障或者能量耗尽等原因，造成网络拓扑结构不断发生变化。这样，传统基于状态的路由协议中，节点在选择通信路径时会因为网络拓扑结构的不断变化而频繁的重构路由表，这样就造成节点大量的能量浪费，从而影响了整个网络的工作寿命。此外，当网络拓扑结构发生变化时，无线链路的不可靠性也会随着节点之间距离的增加而增加，为保证数据传输，势必会启动重传机制，这样也增加了链路对能量的消耗。机会路由的提出为此提供了良好的解决途径。

机会路由充分利用无线媒介的广播特性，并且能很好的解决无线链路的不稳定问题，提高无线网络吞吐量和传输可靠性。在网络拓扑发生变化时，机会路由不需要重构路由表，而是根据相应的度量值机会地选择中继转发节点，将数据转发出去。相对于传统路由，机会路由创造了路由多样性，通过机会的选择下一跳转发节点来平衡网络中所有节点的能量使用，这样就能够适应WSN动态拓扑并减少能量消耗。

但是，如果在WSN工作过程中，节点无论是否有数据转发任务都处在工作状态，依然会消耗大量能量，急剧缩短整个网络的生命周期。因此，适时的唤醒有转发任务的节点、安排没有转发数据任务的节点进行睡眠则成为节能的又一选择。适当的安排节点在不需要数据转发的时候进行睡眠，可以节省节点因为交互所产生的能量，也避免节点因能量消耗而过早死亡。

近年来，在WSN机会路由协议的研究中，针对其存在的能量问题已经提出了多种解决方案，在此，我们对这些协议进行了简单阐述。

Long Cheng等人提出了EQGOR协议来解决WSN中地理机会路由在满足QoS 需求的效率问题。该方法首先将QoS需求通过度量的性能指标来详细说明，建立约束条件。在此基础上，提出以单跳前进距离和数据包接收率为标准，在有效的邻居节点内通过此标准进一步的缩小选择节点范围，从而减少节点的能耗^[1]。 EQGOR协议在节点的工作调度上结合了睡眠机制，减少了节点能耗，但其在中继节点选择上需要进行二次选择，这就可能会增加一定的能耗和时延。

Chih-Cheng Hsu等人提出的ASSORT协议是一种异步睡眠唤醒调度和机会路由相结合的算法。该算法中的节点在每次转发中计算能量消耗与节点剩余能量的比值，将此比值作为转发节点选择的度量。同时结合异步睡眠唤醒调度，减少节点的能耗^[2]。但ASSORT协议在进行度量值计算时，每当加入转发节点集一个新邻居节点时，发送节点就需要重新计算转发度量值，直到没有新的邻居节点加入转发节点集。这样就会增加节点的计算量，增加能量消耗。