[发明专利]无线传感器网络节点自主决策式路由协议

摘要

本发明涉及一种无线传感器网络节点自主决策式路由协议，该协议针对无线传感器网络节点能量消耗不均衡的问题，对节点的邻域空间进行划分；采用提出的虚拟坐标模型，根据邻节点的虚拟坐标参量选择下一跳，加快路径向Sink节点的收敛速度；利用分布式计算和自组织通信构建一棵以Sink节点为根的路径树；采用提出的局部能量均衡策略，根据节点的剩余能量信息优化路径树。在OMNeT++平台下进行了仿真，与DEBUC协议和UAUC协议相比，NAD协议在首个节点死亡的时间上分别延长了71.8％和66.5％；在节点的平均剩余能量上分别提高了45.8％和27.9％；在节点的剩余能量标准差上分别提高了51.2％和34.2％。仿真结果表明：NAD协议能够有效延长网络生命周期，均衡节点能耗。

主权项

1.无线传感器网络节点自主决策式路由协议，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：网络初始化：Sink节点向所有传感器节点广播MSG_ADV消息启动网络运行；所有传感器节点接收Sink节点广播的MSG_ADV消息，根据RSSI接收信号强度计算距Sink节点距离；步骤2：邻居发现：所有节点以初始通信半径向其邻节点广播MSG_HELLO消息进行邻居发现，该消息包含节点自身距Sink节点的距离；所有传感器节点接收其邻居节点广播的MSG_HELLO消息，根据RSSI接收信号强度计算距邻居节点的距离，创建邻居节点信息表；步骤3：建立虚拟坐标模型并选择下一跳：节点首先确定自己是否可以向Sink节点直接发送数据；如果节点的前向邻域内含有Sink节点，则节点采用单跳的方式向Sink节点发送数据；如果节点的前向邻域内没有Sink节点，建立虚拟坐标模型，计算出邻节点的虚拟坐标参量并选择下一跳；步骤4：建立连接：节点通过广播RTS/CTS控制消息与下一跳建立连接；利用CTS消息更新邻居节点信息表中的节点剩余能量信息；步骤5：数据通信：节点采集数据并封装到DATA包中，无线通信的方式发送给下一跳节点；根据ACK消息确认数据传输状态；步骤6：数据融合。路径树中的分枝节点对来自多个邻节点的数据包进行数据融合处理。减少冗余数据以提高数据传输效率。步骤7：剩余能量检查：节点完成一轮数据传输后检查自身剩余能量是否充足；如果节点剩余能量不足，则执行步骤9；如果节点剩余能量充足，则检查邻居节点信息表，将剩余能量不足的节点从表中删除掉并执行步骤8；步骤8：能量均衡控制：Sink节点一跳邻域外的节点根据局部能量均衡策略选择下一跳；末端节点进一步结合当前自身状态选择下一跳。如果末端节点当前不是分枝节点，但却选择其初始通信半径邻域外的前向节点作为下一跳，则向其初始通信半径内的邻节点广播MSG_CHANGE消息宣布建立分枝。接收到MSG_CHANGE消息的节点将位于自己后向邻域内的末端节点作为下一跳。如果末端节点当前是分枝节点，但却选择其初始通信半径邻域内的节点作为下一跳，则向其初始通信半径内的节点广播MSG_CANCEL消息取消分枝。接收到MSG_CANCEL消息的节点重新选择自身前向邻域内的邻节点作为下一跳；节点确定下一跳后，转至步骤4；步骤9：退出网络：剩余能量不足的节点不再发送数据包。如果接收到RTS请求消息，则发送附带能量信息的CTS控制消息，使未失效节点及时更新邻居节点信息表。