CN102036334A

CN102036334A - 矿井用无线传感器网络的路由控制方法

Info

Publication number: CN102036334A
Application number: CN2009101773487A
Authority: CN
Inventors: 杨丁
Original assignee: BEIJING SINOPRE TECHNOLOGIES Co Ltd
Current assignee: BEIJING SINOPRE TECHNOLOGIES Co Ltd
Priority date: 2009-09-30
Filing date: 2009-09-30
Publication date: 2011-04-27

Abstract

本发明公开了一种矿井用无线传感器网络的路由控制方法，其中矿井用无线传感器网络包括至少一网关节点、若干个普通节点和在上述节点之间建立的一双向通信链路和一路由表，其中对于节点之间单次数据量较小的数据传输，双向通信链路采用一次性路由，而对于节点之间数据量较大的或周期性的数据传输，双向通信链路采用永久路由。采用本发明的技术方案，选择通畅快捷的近路，大大提高通信速度，减轻网络系统通信负荷，节约网络系统资源，降低通信能耗。

Description

矿井用无线传感器网络的路由控制方法

技术领域

本发明属于无线传感器网络领域，特别涉及一种矿井用无线传感器网络的控制方法。

背景技术

无线传感器网络是指有大量无线传感器节点籍由无线通信的方式组成的信息传播网络，在军事、工业、交通、安全、医疗、家庭和办公环境等众多场合有着非常广泛的应用，是当前国内外研究和应用的热点技术之一。

目前无线传感器网络也开始应用到矿井工作中，可实时性和有效性将矿井中环境信息和人员情况等信息传递给地面指挥中心，而地面指挥中心工作人员也可以根据情况这些信息来指导井下人员工作，以达到减少事故的作用。由于矿井其自身环境不同于常规环境，故矿井用无线传感器网络的设计也不同于常规的无线传感器网络。

我国实用新型专利CN200820040640.5提出了一种矿井下无线传感器网络节点设备，能够对井下人员进行达到对井下人员进行身份识别和定位，而我国发明专利CN200810249634.5中提出无线传感器网络矿井瓦斯监测系统，可以监控瓦斯含量、减少事故起作用。

而由于矿井用无线传感器网络具有环境监控、人员定位以及井下人员话音通信等用途，而针对不同的用途，矿井无线传感器网络所需要传输的数据类型也不相同。如环境监控应用中，节点需要向Sink节点汇报温湿度、瓦斯含量等参数的传感数据；而井下人员语音通信应用中，则需要在两个或多个节点之间传输数据量较大的语音数据，并对数据包的顺序和实时性有较高的要求。然而现有的矿井用无线传感器网络仍然是单一的路由方式，无法适应多用途下的环境，且数据传输的可靠性较差，通信能耗较高。

发明内容

本发明的目的在于：一种矿井无线传感器网络的路由控制方法，使矿井无线传感器网络满足多种应用的要求，提高无线传感器网络中不同类型数据多跳传输的可靠性，降低通信能耗。

为达成上述目的，本发明提供一种矿井用无线传感器网络的路由控制方法，其中矿井用无线传感器网络包括至少一网关节点、若干个普通节点、在上述节点之间建立的一双向通信链路、以及存储在上述节点中的路由表，其中对于节点之间单次数据量较小的数据传输，双向通信链路采用一次性路由，而对于节点之间数据量较大的或周期性的数据传输，双向通信链路采用永久路由。

为获得更佳效果，在上述方案的基础上，进一步包括其它附属技术方案：

所述一次性路由包括：发送节点在组织数据包时，将此数据包的路径信息加载在数据包包头之中，而沿途节点则根据数据包的路径信息转发此数据包。

所述永久路由包括：发送节点在组织数据包时，数据包不携带路径信息，而沿途节点则对于没有携带路径信息的数据包，根据自身保存的路由表来转发此数据包。

所述路由表的条目信息至少包括：上一跳的路径识别号、上一跳的节点地址、本跳的路径识别号、本跳目的节点地址。

所述数据包的格式至少包括数据包类型、数据包方向、路径识别号、数据包识别号、数据包长度、路径信息。

所述一次性路由进一步包括为：发送节点在发送数据包到目标节点之前，将广播路由搜索数据包，该路由搜索数据包中包含了发送节点的地址以及目标节点的地址。所有节点在接收到路由搜索数据包后，将判断自己是否为目标节点：如果不是，将自己的地址写入路由搜索数据包，并继续广播此路由搜索数据包；如果发现自己是目标节点，则回复一个路由确认数据包，由此目标节点根据收到的路由搜索数据包，得到所有沿途节点的地址，并将所有沿途节点的地址放入路由确认数据包包头的路径信息中，使用一次性路由发送给发送节点；而发送节点在收到路由确认数据包后，根据路由确认数据包包头中的所有沿途节点的地址，生成数据包包头中的路径信息，并为该路径生成一个唯一的路径识别号，设定数据包类型和数据包方向，写入数据包识别号，然后加载要发送的数据，并将数据长度写入包头中的数据包长度，使用一次性路由发送给目标节点；然后沿途节点将根据路径信息转发此数据包，并更新路由表。

所述更新路由表的方法包括：节点根据数据包中的路径识别号和上一跳节点的地址然后搜索路由表，如果路由表中没有此条目，则新建一个条目，并写入上一跳的路径识别号和上一跳的节点地址，然后生成一个唯一的路径识别号，并将其写入路由表该条目中的本跳的路径识别号，然后根据数据包中的路径信息，写入本跳目的节点地址；如果路由表中已经存在此条目，则比较路由表此条目中的本跳目的节点地址是否与数据包包头的路径信息中下一跳节点的地址一致，如果一致，不执行任何操作。如果不一致，则新生成一个唯一的路径识别号，并修改路由表该条目中的本跳的路径识别号，然后根据数据包中的路径信息，写入本跳目的节点地址。

所述永久路由包括：发送节点根据数据包中的路径识别号，路径信息，来查询路由表，将数据包中的路径识别号、上一跳的节点地址与路由表条目中的上一跳的路径识别号、上一跳节点地址依次对比，根据路由表中的条目，得到本跳的路径识别号，以及本跳目的节点的地址，然后将数据包的路径识别号修改成本跳的路径识别号，将数据包中上一条节点地址修改成自己的地址，然后根据本条目的节点的地址，将数据包发送给本跳的目的节点。

采用本发明的技术方案，具有以下优点：根据所要传输的数据类型的不同，采用不同的路由方式。对于数据量较小的环境数据、人员位置数据等，采用了一次性路由；对于数据量较大的语音数据等，采用了永久路由。由此可有效提高无线传感器网络中不同类型数据多跳传输的可靠性，选择通畅快捷的近路，大大提高通信速度，减轻网络系统通信负荷，节约网络系统资源，降低通信能耗。

附图说明

图1是本发明无线传感器网络的拓扑结构图。

图2是本发明中无线传感器网络的一节点所存储的路由表组成图。

图3是本发明路由控制方法的数据包包头组成图。

其中：11、网关节点；12、普通节点；13、双向通信链路；21、上一跳的路径识别号；22、上一跳的节点地址；23、本跳的路径识别号；24、本跳目的节点地址；31、数据包类型；32、数据包方向；33、路径识别号；34、数据包识别号；35、数据包长度；36、路径信息。

具体实施方式

本发明提供一种矿井用无线传感器网络的路由控制方法，适用于如图1所示的矿井无线传感器网络中的各种类型数据的传输。

以下实例是对本发明的进一步说明，而不是限制发明的范围。

众所周知，现有的无线传感器网络节点的组成和功能包括如下四个基本单元：1)传感单元，其由传感器和模数转换功能模块组成；2)处理单元，其由嵌入式系统构成，包括CPU、存储器、嵌入式操作系统等；3)通信单元，其由无线通信模块组成；4)电源部分。此外，可以选择的其它功能单元包括：定位系统、运动系统以及发电装置等。在传感器网络中，节点通过各种方式大量部署在被感知对象内部或者附近。这些节点通过自组织方式构成无线网络，以协作的方式感知、采集和处理网络覆盖区域中特定的信息，可以实现对任意地点信息在任意时间的采集，处理和分析。

因此本实用新型无线传感器网络在工作前，首先要进行自组织，自组织由网关节点11最先发起，该网关节点11用于连接无线传感器网络与外部设备；各个节点12尝试加入无线传感网络，与邻居节点建立双向通信链路13，其中该双向通信链路是节点间的无线通信信道。在节点12加入网络后，每个节点12都有一个地址，作为其身份的确认依据，这个地址可以加入网络时分配的，也可以是节点的硬件地址。在工作期间，每个节点都维护在一个路由表，该路由表是保存在节点上的路由信息的集合，其中路由表中的条目如图2所示，其包括：上一跳的路径识别号21、上一跳的节点地址22、本跳的路径识别号23、本跳目的节点地址24。

节点12在发送数据包时，根据所要传输的数据类型的不同，采用不同的路由方式。对于单次数据量较小的数据，采用了一次性路由；对于数据量较大的或周期性的数据，例如：周期性汇报的温湿度数据，则采用了永久路由。如图3所示，本发明路由控制方法的数据包包头包括以下内容：用于区分不同应用的数据包类型31、数据包方向32、路径识别号33、数据包识别号34、数据包长度35、路径信息36。其中数据包识别号34用于区分数据包，数据包的接收节点将根据数据包识别号发送ACK给发送节点，表示收到了某个数据包；路径信息36是对于采用一次性路由数据包，存储了本数据包所要经过的所有节点的地址，而对于永久路由，存储了本数据包的上一跳节点地址和最终的目的地址。

使用一次性路由时发送数据时，发送将此数据包的沿途所有节点的地址加载在数据包头的路径信息36之中，并设置数据包方向32的值，沿途节点则根据数据包的路径信息36和数据包方向32的值来转发此数据包。使用一次性路由的方法如下：发送节点NA在发送数据包到目的节点NX之前，将广播路由搜索数据包。路由搜索数据包中包含了发送节点NA的地址以及目的节点NX的地址。所有节点在接收到路由搜索数据包后，将判断自己是否为目的节点NX。如果不是，将自己的地址写入数据包，继续广播此路由搜索数据包；如果发现自己是目的节点NX，则回复一个路由确认数据包。目的节点NX根据收到的路由搜索数据包，得到所有沿途节点的地址，并将所有沿途节点的地址放入路由确认数据包包头的路径信息中，使用一次性路由发送给发送节点NA。

发送节点NA在收到路由确认数据包后，根据路由确认数据包包头中的所有沿途节点的地址，生成数据包包头中的路径信息36，并为该路径生成一个唯一的路径识别号33，设定数据包类型31和数据包方向32，写入数据包识别号34，然后加载要发送的数据，并将数据长度写入包头中的数据包长度35项，使用一次性路由发送给目的节点NX。

沿途节点将根据路径信息36转发此数据包，并更新路由表。更新路由表的方法如下：节点根据数据包中的路径识别号和上一跳节点的地址然后搜索路由表，如果路由表中没有此条目，则新建一个条目，并写入上一跳的路径识别号21和上一跳的节点地址22，然后生成一个唯一的路径识别号，并将其写入路由表该条目中的本跳的路径识别号23，然后根据数据包中的路径信息36，写入本跳目的节点地址24；如果路由表中已经存在此条目，则比较路由表此条目中的本跳目的节点地址是否与数据包包头的路径信息36中下一跳节点的地址一致，如果一致，不执行任何操作。如果不一致，则新生成一个唯一的路径识别号，并修改路由表该条目中的本跳的路径识别号23，然后根据数据包中的路径信息36，写入本跳目的节点地址24。

对于没有携带路径信息的数据包，节点12将根据自身保存的路由表来处理此数据包，使用永久路由。

使用永久路由的方法如下：节点根据数据包中的路径识别号33，路径信息36，来查询路由表。将数据包中的路径识别号33、上一跳的节点地址与路由表条目中的上一跳的路径识别号21、上一跳节点地址22依次对比。最终根据路由表中的条目，得到本跳的路径识别号23，以及本跳目的节点的地址24。然后将数据包的路径识别号33修改成本跳的路径识别号23，将数据包中上一条节点地址修改成自己的地址。然后根据本条目的节点的地址24，将数据包发送给本跳的目的节点。

本发明根据所要传输的数据类型的不同，采用不同的路由方式。对于单次数据量较小的数据，采用一次性路由；对于数据量较大的或周期性的数据，采用永久路由，可有效提高无线传感器网络中不同类型数据多跳传输的可靠性，选择通畅快捷的近路，大大提高通信速度，减轻网络系统通信负荷，节约网络系统资源，降低通信能耗。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims

1.一种矿井用无线传感器网络的路由控制方法，其中矿井用无线传感器网络包括至少一网关节点(11)、若干个普通节点(12)、在上述节点之间建立的一双向通信链路(13)、以及存储在上述节点中的路由表，其特征在于：对于节点之间单次数据量较小的数据传输，双向通信链路(13)采用一次性路由，而对于节点之间数据量较大的或周期性的数据传输，双向通信链路(13)采用永久路由。

2.根据权利要求1所述的矿井用无线传感器网络的路由控制方法，其特征在于：所述一次性路由包括：发送节点在组织数据包时，将此数据包的路径信息加载在数据包包头之中，而沿途节点则根据数据包的路径信息转发此数据包。

3.根据权利要求2所述的矿井用无线传感器网络的路由控制方法，其特征在于：所述永久路由包括：发送节点在组织数据包时，数据包不携带路径信息，而沿途节点则对于没有携带路径信息的数据包，根据自身保存的路由表来转发此数据包。

4.根据权利要求3所述的矿井用无线传感器网络的路由控制方法，其特征在于：所述路由表的条目信息至少包括：上一跳的路径识别号(21)、上一跳的节点地址(22)、本跳的路径识别号(23)、本跳目的节点地址(24)。

5.根据权利要求4所述的矿井用无线传感器网络的路由控制方法，其特征在于：所述数据包包头至少包括数据包类型、数据包方向、路径识别号、数据包识别号、数据包长度、路径信息。

6.根据权利要求5所述的矿井用无线传感器网络的路由控制方法，其特征在于：所述一次性路由进一步包括为：发送节点在发送数据包到目标节点之前，将广播路由搜索数据包，该路由搜索数据包中包含了发送节点的地址以及目标节点的地址，所有节点在接收到路由搜索数据包后，将判断自己是否为目标节点：如果不是，将自己的地址写入路由搜索数据包，并继续广播此路由搜索数据包；如果发现自己是目标节点，则回复一个路由确认数据包，由此目标节点根据收到的路由搜索数据包，得到所有沿途节点的地址，并将所有沿途节点的地址放入路由确认数据包包头的路径信息中，使用一次性路由发送给发送节点；而发送节点在收到路由确认数据包后，根据路由确认数据包包头中的所有沿途节点的地址，生成数据包包头中的路径信息，并为该路径生成一个唯一的路径识别号，设定数据包类型和数据包方向，写入数据包识别号，然后加载要发送的数据，并将数据长度写入包头中的数据包长度，使用一次性路由发送给目标节点；然后沿途节点将根据路径信息转发此数据包，并更新路由表。

7.根据权利要求6所述的矿井用无线传感器网络的路由控制方法，其特征在于：所述更新路由表的方法包括：节点根据数据包中的路径识别号和上一跳节点的地址然后搜索路由表，如果路由表中没有此条目，则新建一个条目，并写入上一跳的路径识别号(21)和上一跳的节点地址(22)，然后生成一个唯一的路径识别号，并将其写入路由表该条目中的本跳的路径识别号(23)，然后根据数据包中的路径信息(36)，写入本跳目的节点地址(24)；如果路由表中已经存在此条目，则比较路由表此条目中的本跳目的节点地址是否与数据包包头的路径信息(36)中下一跳节点的地址一致，如果一致，不执行任何操作；如果不一致，则新生成一个唯一的路径识别号，并修改路由表该条目中的本跳的路径识别号(23)，然后根据数据包中的路径信息(36)，写入本跳目的节点地址(24)。

8.根据权利要求7所述的矿井用无线传感器网络的路由控制方法，其特征在于：所述永久路由包括：发送节点根据数据包中的路径识别号(33)，路径信息(36)，来查询路由表，将数据包中的路径识别号(33)、上一跳的节点地址与路由表条目中的上一跳的路径识别号(21)、上一跳节点地址(22)依次对比，根据路由表中的条目，得到本跳的路径识别号(23)，以及本跳目的节点的地址(24)，然后将数据包的路径识别号(33)修改成本跳的路径识别号(23)，将数据包中上一条节点地址修改成自己的地址，然后根据本条目的节点的地址(24)，将数据包发送给本跳的目的节点。