[发明专利]一种高鲁棒性低延迟的无线传感网路由方法

摘要

一种高鲁棒性低延迟的无线传感网路由方法，包括网络初始化，周期探测，路径发现，数据转发几个阶段，有以下步骤：基站发出初始化包，节点收到初始化包，建立邻居节点集，周期广播探测包；节点等待随机时间，回复探测ACK包；更新邻居节点集；当需要发送数据时，启动路径发现，寻找一条快速通往目的节点的路径，目的节点收到探测后做出回应，确认路径已经沿途的协助节点，并最终将确认返回源节点，源节点根据探测的结果发送数据，沿途每个节点根据探测的信息以及延迟信息做出决策，最终将数据发送至目的节点。本方法利用可靠的路径发现降低了平均端到端延迟，利用各种容错机制，保证延迟的基础上提高了鲁棒性，并且不需要同步，减少了同步开销。

主权项

一种高鲁棒性低延迟的无线传感网路由方法，包括无线传感器网络的初始化和工作阶段；所述无线传感器网络的初始化包括：步骤11，在无线传感器网络中部署若干传感器节点，使所有传感器节点上电；设传感器节点中的网关节点为sink节点；步骤12，从sink节点开始，依次对所有节点进行初始化，并确定每个节点的最初邻居节点集；其特征在于：所述工作阶段包括邻居节点周期数据交换和路径发现；所述邻居节点周期数据交换包括：依次将无线传感器网络中每个节点作为当前探测节点i；步骤21，该当前探测节点i在时刻ts时发送一个探测广播包，其中i为大于等于0的正整数，0≤Tp≤5s；步骤22，设无线传感器网络中任一收到探测广播包的节点为节点j，节点j在延迟Tr后向当前探测节点i发送一个探测ACK包，其中j为大于等于0的正整数，0≤Tr≤2s，i≠j；当前探测节点i在时刻tr收到节点j发送的探测ACK包后，通过式(1)得到节点j到当前探测节点i的延迟时间Ti，j；其中，i为探测节点的ID，j为向探测节点回复探测ACK包的节点的ID；重复步骤21到步骤22N次后，当前探测节点i收到M次节点j发送的探测ACK包，则得到M个不同的延迟时间Ti，j,将M个Ti，j相加取平均得到当前探测节点i的平均延迟时间Td，M≤N；发送成功率所述路径发现包括：步骤31，历史探测阶段：若无线传感器网络中的任一节点有发送数据需求时，该节点查询是否在时间Ta内存在该节点使用过的路径，如果存在，则选择该节点使用过的路径发送数据；否则，转到步骤32；其中，0≤Ta≤20s；步骤32，路径探测阶段：设有发送数据需求的节点为源节点，最终接收数据的节点为目的节点；步骤321，源节点发出一个路径探测包ps，路径探测包ps包括序列号；步骤322，设发出路径探测包ps的节点为当前发出节点，任一接收到路径探测包ps的节点为当前接收节点；设当前接收节点在时刻ta时接收到路径探测包ps，则将当前接收节点在时刻ta之前接收过的所有路径探测包的序列号的最大值作为当前序列号；若该当前接收节点的当前跳数大于阈值MaxHop或者路径探测包ps的序列号不大于当前序列号，则丢弃该路径探测包ps；否则，更新当前序列号，并判断该当前接收节点是否为目的节点，如果该当前接收节点是目的节点，执行步骤33，否则执行步骤323；其中，5≤MaxHop≤7；步骤323，设当前发出节点为Ni，i为大于等于0的正整数，则当前发出节点的邻居节点集Si；设当前接收节点为Nj，j≠i，j为大于等于0的正整数，则当前接收节点的邻居节点集Sj，对Si和Sj通过交集运算得到公共节点集CSi,j，CSi,j＝Si∩Sj；步骤324，遍历CSi,j中的每个节点，对于任意一个节点Nk，如果Pik＞Pij，Pkj＞Pij，则将Nk加入协助节点集Aij中；步骤325，设置退避时间定时器，所述退避时间定时器的定时时长为Tback；其中，Hop是当前接收节点的跳数，τ是基本单位时间；当退避时间定时器的时长到时，将当前接收节点的ID加入路径探测包ps，当前接收节点发出路径探测包ps；步骤326，重复步骤322～325，直至所有无线传感器网络中的节点都被作为当前接收节点，执行步骤33；步骤33，探测应答阶段，包括：步骤331，当目的节点收到路径探测包ps时，若目的节点是第一次收到路径探测包ps，则执行步骤332；否则，丢弃该路径探测包ps；步骤332，目的节点发出一个路径确认包pr；步骤333，设任意一个收到路径确认包pr的节点为当前节点，若当前节点是第一次收到路径确认包pr，则执行步骤334；否则，丢弃该路径确认包pr；步骤334，若该当前节点是路径探测包ps经过的上游节点，则执行步骤335；否则，丢弃路径确认包pr；步骤335，将该当前节点标记为导航节点，将该当前节点的上游节点以及该当前节点的协助节点集放入路径确认包pr中，当前节点发出该路径确认包pr；步骤336，重复步骤333～335,直到当前节点为源节点，执行步骤4；步骤4,数据转发阶段，包括：步骤41，源节点发出一个数据包；步骤42，设发送数据包的节点为当前发送数据节点，若当前数据节点的下一跳导航节点的平均延迟时间Td优于当前发送数据节点的协助节点集中的每个节点，则将协助节点集中平均延迟时间Td最优的节点和下一跳导航节点设置为最高优先级，协助节点集中的其余节点按照每个节点的平均延迟时间Td排序每个节点的优先级v；否则，将下一跳导航节点设置为最高优先级，协助节点集中的节点按照每个节点的平均延迟时间Td排序每个节点的优先级v；步骤43，将当前发送数据节点的下一跳导航节点、当前发送数据节点的协助节点集加入数据包，当前发送数据节点发送该数据包；步骤44，将收到数据包的任一节点作为当前收到数据节点，当前收到数据包的节点从数据包中查找自己的ID，如果找到，则确定该当前收到数据节点的优先级；否则，丢弃该数据包；步骤45，设置一个时长为T(v)的定时器。T(v)＝(TSIFS+Td)*v其中，TSIFS为链路层短帧间间隔帧时长，0≤TSIFS≤50us，Td为当前收到数据节点的平均延迟时间，v为优先级；步骤46，当前收到数据节点在T(v)时间到时发送ACK，任何节点收到ACK后则抑制自己的正在进行的发送数据包的操作；步骤47，当前收到数据节点发送数据包；步骤48，重复步骤42～47,直到当前收到数据节点为目的节点为止。