CN102076022A - 无线传感器网络中支持实时传输的势能场路由方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线传感器网络支持实时传输的势能场路由方法及系统，该方法包括步骤：S1.缓存应用程序请求发送的数据包；S2.分析数据包包头标识，若为实时数据包，则使用深度势能场转发该数据包，否则，使用混合势能场转发该数据包，将数据包送往链路层处理。本发明的方法及系统可为无线传感器网络的实时业务提供最小化的端到端传输延迟，同时缓解网络可能出现的拥塞，提高全网的吞吐能力。

Description

无线传感器网络中支持实时传输的势能场路由方法及系统

技术领域

本发明涉及无线传感器网络技术领域，尤其涉及一种无线传感器网络中支持实时传输的势能场路由方法流程图及系统。

背景技术

随着无线传感器网络(Wireless Sensor Network，WSN)的迅速发展，丰富多彩的应用程序也被部署到了传感器网络中。其中，要求实时性保障的应用程序(real-time application)需要相应的路由策略来提供支持，使得来自这些应用程序的数据分组能够获得最小的端到端传输时延。

到目前为止，在WSN中已经有了很多提供实时传输服务的解决方案，例如RAP，Implicit EDF和SPEED等。SPEED是一种提供实时性服务的路由机制，它试图通过在全网为每个数据包保持一个指定的传输速度来提供软实时保证。MMSPEED扩展了SPEED，提供了实时性和可靠性区分服务。对于实时性要求，它为延迟要求不同的每一类数据包使用与SPEED相同的机制来满足它们的时延；对于可靠性要求，一种基于或然率的多路径中继机制被用来通过控制多路径的数量，进而保证数据包能有比较大的概率到达汇聚节点(Sink)。然而，WSN中心汇聚的数据流模型和最后一跳无线链路有限的带宽使得纯粹的多路径规避网络热点方案在缓解拥塞、提高吞吐量方面的性能提高有限。另外，由于有些路径相当长，因此它的能量效率是值得怀疑的。IDDR方案采用“缓存”机制来暂时存储溢出数据包，能够用很少的额外开销带来更好的吞吐量和能量效率。

同时，在传统的有线网络中，研究人员提出过一种基于势能场概念和梯度选择方法(选择势能场梯度的方向作为路由方向)。这种叫做PBTA(Potential-Based Traffic-Aware routing)的流量可知路由策略试图通过势能场绕过网络中的拥塞热点，从而用较小的开销达到减小端到端的延迟和抖动的目的。但是，在传统网络中，需要为每个节点都建立一个单独的势能场，由此带来的管理开销是难以负担的。相比较而言，在WSN中大部分流量都是从网络节点流向Sink，是一种多对一的流量模式，因此只需要为Sink在全网建立一个势能场就可以了。从这个角度来说，基于势能场概念的路由对WSN而言具有天然的优势。

作为一种能够感知拥塞的动态路由策略，TADR实现了一个很好的拥塞控制机制，如图1所示，它将数据包分散到多条空闲路径上进行缓存等待之后的传输。由于TADR不对分组的具体属性进行识别，在拥塞发生时，它也可能把对延时敏感的数据包缓存到旁路上，从而增大了分组的传输延迟，无法满足实时传输的要求。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明所要解决的技术问题是：为无线传感器网络的实时业务提供最小化的端到端传输延迟，同时缓解网络可能出现的拥塞，提高全网的吞吐能力。

(二)技术方案

为解决上述问题，本发明提供了一种无线传感器网络支持实时传输的势能场路由方法，该方法包括步骤：

S1.缓存应用程序请求发送的数据包；

S2.分析数据包包头标识，若为实时数据包，则使用深度势能场转发该数据包，否则，使用混合势能场转发该数据包，将数据包送往链路层处理。

其中，在步骤S2中，将数据包送往链路层处理前还包括将要转发的数据包经优先级队列进行处理的步骤。

其中，步骤S1前还包括根据节点属性建立深度势能场、混合势能场的步骤，以及设定路由表计算公式的步骤，包括：

A1.对于网络中的节点v，建立深度势能场：

其中：Depth(v)为节点v的深度值，网络中汇聚节点的深度为0，其余节点的深度为其到汇聚节点的距离；

A2.对于网络中的节点v，建立队列长度势能场：V_q(v)＝Q(v)，其中：

Q(v)表示节点v规格化的队列长度；

A3.对于网络中的节点v，建立虚拟的混合势能场，将所述深度势能场以及队列长度势能场进行凸组合：

V_m(v)＝(1-α)V_d(v)+αV_q(v)；

A4.确定网络中相邻节点间力的计算公式：

F_m(v，w)＝(1-α)F_d(v，w)+αF_q(v，w)，其中，w是v的邻居节点，α为路由参数，其范围为[0，1]，对于实时性数据包的路由计算公式，设置所述路由参数α为0，得到：V₁(v)＝V_d(v)；对于非实时性数据包的路由计算公式，设置所述路由参数α属于区间(0，1)之中，得到：V₂(v)＝(1-α)V_d(v)+αV_q(v)。

其中，所述包头标识为1时，数据包为实时数据包；所述包头标识为0时，数据包为非实时数据包。

其中，优先级队列进行的处理为：在同一节点的缓冲队列中，将时延敏感的数据调度到队列的前端，先于非实时数据包转发。

本发明还提供了一种无线传感器网络支持实时传输的势能场路由系统，该系统包括：路由队列，用于缓存应用程序请求发送的数据包；路由转发引擎，根据数据包包头标识，使用深度势能场转发实时数据包，使用混合势能场转发非实时数据包，将数据包送往链路层处理。

其中，该系统还包括：路由表管理模块，用于根据节点属性建立深度势能场、混合势能场，以及设定路由表计算公式，并用路由表存储势能场建立信息以及路由选择信息。

其中，该系统还包括：节点属性管理模块，用于存储节点属性，包括节点深度、邻居节点深度、能量值以及队列长度。

其中，该系统还包括：辅助机制模块，用于在将数据包送往链路层处理前将要转发的数据包经优先级队列进行处理。

(三)有益效果

本发明的方法及系统为无线传感器网络的实时业务提供最小化的端到端传输延迟，同时缓解网络可能出现的拥塞，提高全网的吞吐能力。

附图说明

图1为TADR的工作动机示意图；

图2为本发明的PRTR的工作动机示意图；

图3为依照本发明一种实施方式的无线传感器网络中支持实时传输的势能场路由方法流程图；

图4为深度势能场的三维模型；

图5为依照本发明一种实施方式的无线传感器网络中支持实时传输的势能场路由系统的开放路由框架；

图6为一个随机部署的无线传感器网络，其中有600个节点和三个圆形的事件区域；

图7为来自实时应用1的数据分组的端到端平均延迟(在四种路由策略下)；

图8为三种应用程序的端到端平均延迟，路由策略为PRT且α＝0.5；

图9为三种应用程序的端到端平均延迟，路由策略为PRT且α＝0.9；

图10为三种应用程序的端到端平均延迟，路由策略为PRT且α＝0.9不使用优先级队列机制；

图11为四种路由策略下每个到达数据包的平均能耗；

图12为四种路由策略下每个网络的吞吐量。

具体实施方式

本发明提出的无线传感器网络中支持实时传输的势能场路由方法及系统，结合附图和实施例说明如下。

为提供对实时应用程序的传输服务，本发明引用了物理学中的势能场(potential field)的概念，为WSN建造了一个虚拟的混合势能场，并由此提供一种基于势能场的提供实时传输的路由策略(PRTR)，它将对时延敏感的分组始终保证在最短路径上进行传输，将其它的分组分散到别的空闲路径上传输(或缓存等待之后的传输)。这样，既将实时分组的端到端延迟降到了最小，又能同时缓解网络可能出现的拥塞，提高了全网的吞吐能力。

首先给出PRTR工作过程的简单描述，其工作动机如图2所示。起初，PRTR使用的势能场类似于图4中描述的“碗”型结构。Sink节点位于“碗”的底部，所有的数据包都可以看作是沿着“碗”壁流向“碗”底的水珠。显然，实时性分组需要始终占有最短路径从而获得最小化的端到端延迟，对于这些数据包，PRTR退化成了一个最短路径算法，通过最短路径将它们送到Sink。在网络轻载的情况下，“碗”的表面是很光滑的，PRTR能够将所有分组(包括实时和非实时数据包)都通过最短路径送到Sink。但是在一个过载的网络中，网络拥塞节点和区域将在“碗”表面形成一些凸起，这些凸起将阻碍数据包沿着最短路径流向“碗”底，引导数据流规避网络热点。此时，只有非实时数据包需要离开最短路径，并被势能场导入不存在障碍物(即空闲或者轻载的)的路径和节点，暂时被缓存起来，将最短路径让给实时性分组使其能够始终获得最小传输延迟。当拥塞消失时，“碗”表面又开始变得平滑，此时缓存的数据包将寻找新的最短路径被传送至Sink。总的来说，PRTR将实时性数据包用最短路径方法传输以最小化其端到端时延，并通过将非实时数据包的传输在空间和时间上进行分散，达到了消除拥塞并提高吞吐量的目的。

要实施整个路由策略，首先需要建立势能场模型。PRTR使用的基本模型实际上就是在图4中给出的“碗”型模型，它可以被视为一个重力势能场，数据包可以被看作在重力作用下沿着“碗”壁流动的“水珠”。这些数据包“水珠”的流动轨迹则取决于重力势能场和“碗”壁对它们的作用力。另外，在“碗”底有一个将Sink假想成为的“洞”，用于将数据包导出网络。“碗”型结构表面实际上是由节点构成的，也就是说WSN网络的节点分布在这个模型的表面，它们每一个都被赋与了一个标量值代表该点的势能V(v)。为了详细地描述势能场对数据包的作用，使用一个简单的例子。考虑节点v上的一个数据包p，这个数据包必须首先要被传输到节点v的某个邻居才能被最终传输到Sink，将节点v的邻居集记为nbr(v)。为了决定到底传给哪个邻居节点，根据节点v与其邻居节点之间的势能差定义作用于数据包上的“力”。对于节点v的邻居w，其上的“力”定义为：

$F(v,w)=\frac{(V\left(v\right)-V\left(w\right))}{D(v,w)}---\left(1\right)$

其中，D(v，w)表示节点v和w之间的距离，如果用两个节点之间的跳数来度量距离的话，那么D(v，w)＝1(w是v的邻居节点)。于是上面的等式可以被改写为：

F(v，w)＝V(v)-V(w)         (2)

现在建立单因子的势能场，首先是深度势能场的建立。它仅以节点深度为因子，定义如下：

$V_d\left(v\right)=\sqrt{\mathrm{Depth}\left(v\right)}---\left(3\right)$

其中Depth(v)表示节点v的深度(sink节点的深度为0，其余节点的深度为它们到sink的距离)。图4展示了该深度势能场的三维模型，类似一个“碗”的形状。

由这个势能场产生的“力”为(w为v的邻居节点)：

F_d(v，w)＝V_d(v)-V_d(w)        (4)

根据前面的讨论结果，这个单因子势能场产生的“力”将得到基本的路由方案，即：使数据包都朝向位于中心处的sink节点流动。

之后是队列长度势能场的建立，它仅由节点的缓冲队列长度决定，定义如下：

V_q(v)＝Q(v)                  (5)

其中，Q(v)表示节点v规格化的队列长度，即：

同样的，由队列长度势能场产生的“力”可以计算如下(w为v的邻居节点)：

F_q(v，w)＝V_q(v)-V_q(w)        (6)

这个根据队列长度因子建立的势能场则能感知网络的实时流量情况，它产生的“力”将始终把分组转发到轻载或空闲的路径上去，以缓解网络的拥塞。

在得到两个单因子势能场(深度、队列长度)之后，需要组合它们得到混合势能场。本发明采用线性的方式组合单因子势能场，得到位于节点v的虚拟的混合势能场：

V_m(v)＝(1-α)V_d(v)+αV_q(v)   (7)

其中，路由计算参数α的范围限定在[0，1]之内。那么，节点v与w(v的邻居节点)的混合的“力”可以计算如下：

F_m(v，w)＝V_m(v)-V_m(w)        (8)

公式(8)也可以重写为：

F_m(v，w)＝(1-α)F_d(v，w)+αF_q(v，w)   (9)

至此，得到了混合势能场的模型，所有的数据包都将在基于这个模型的路由方案中进行传输，其传输的方向仅仅是由该势能场产生的“力”来决定。即每个数据分组都将沿着其所承受的最大的“力”的方向被转发。

在将势能场模型转化成具体路由表之前，还需要设定一个标志位以区分数据分组的类型。首先在每个分组的头部都增加了一个标志位(flag)，用以区分对时延敏感的数据包和其它数据包。当flag被置为1时，表明该数据包由实时应用程序产生，对端到端延迟有严格的要求，否则，flag被置为0。

为了建立具体的路由表计算公式，需要设定适当的路由参数。由于本发明的路由方法的首要目的是进行实时传输，即要保证所有实时性分组都始终沿着最短路径进行转发，并由此获得最小化的端到端传输时延。那么，公式(7)中的路由参数α应设为0，即路由算法退化为了最短路径算法：

V₁(v)＝V_d(v)     (10)

由此可以得到本方法能够提供实时传输的原理，如定理1所述如下。

定理1：对于实时性分组，节点只会向下一深度的节点(即深度减1)转发分组，即实时应用程序产生的数据包只会沿着最短路径进行传输。

同时，网络中大量存在的非实时性分组也需要同时进行转发处理。为了缓解大量分组在最短路径上产生的拥塞，需要引入队列长度势能场的作用来引导非实时性分组向轻载区域转发。因此，公式(7)中的路由参数α应限制为(0，1)的范围内，由此得到虚拟的混合势能场：

V₂(v)＝(1-α)V_d(v)+αV_q(v)    (11)

当这个势能场起作用时，节点将寻找到合适的轻载的节点或者路径来转发过量的分组，使它们得到缓存而不至于被丢弃。该原理如下所示：

定理2：对与非实时性分组，当同深度的两个节点的队列长度差小于一个关于α的函数时，即当数据包位于节点v时，有：

$Q\left(s\right)<Q\left(1\right)-(\frac{1}{\mathrm{\&alpha;}}-1)\frac{1}{2\sqrt{d}}---\left(12\right)$

其中s是v的同等深度邻居节点，l是v的低一深度的邻居节点。分组能在同深度的节点间进行转发。即非实时数据包在网络发生拥塞时将被缓存到别的路径上，使得最短路径上只传输实时数据包。

综上所述，对于实时分组，本发明把α参数设为0，仅将它们放在深度势能场中传输，即PRTR此刻退化为了最短路径算法，这样能够最小化它们的端到端传输延迟。对于其它分组，本发明则用混合势能场来传输(0＜α＜1)，既保证了它们朝向sink流动，又使得它们在最短路径发生拥塞时能够被转发到轻载的节点上去，即被缓存到旁路中等待后续的发送。

此外，为了进一步减小实时数据包的排队延时，本发明还提供了优先级队列这个辅助机制来增强路由策略的性能，使得在同一节点的缓冲队列中，对时延敏感的数据包能够被调度到队列的前端，先于非实时数据包被转发。实验结果表明，该机制能够有效的减少实时分组的排队延时。

为了将本发明方法的所有步骤加以实现，本发明提供了一个基于势能场的开放路由框架。如图5所示，依照本发明一种实施方式的这个基于势能场的路由框架，即路由系统主要由五部分组成：路由队列、路由转发引擎、路由表管理模块、节点属性管理模块和辅助机制模块。图中宽箭头代表数据流的流动，单箭头则代表着控制信息的流动。

(1)路由队列

用于缓存应用程序请求发送的数据包，所有的数据包(路由信息更新包是控制包)都将首先直接进入路由队列缓存起来。与传统路由器不同的是，WSN节点所收到的所有数据包都进入同一个队列，并且并不立即经过路由交换模块分发到不同的出口队列，而是在进入MAC层之前由路由转发引擎设定转发的下一跳节点。这样做的原因一方面是因为无线信道的共享特性，另一方面可以为路由层对数据包和转发过程进行更加细粒度的控制提供方便。另外，在图5没有标注出路由队列与节点属性管理模块之间的交互过程；实际上，鉴于队列长度是节点一个非常重要的属性，路由队列将实时更新节点属性管理模块中的队列长度信息。

(2)路由转发引擎

路由转发引擎根据数据包包头标识，使用深度势能场转发实时数据包，使用混合势能场转发非实时数据包，将数据包送往链路层处理。负责转发路由层接收到的数据包和更新路由信息，它主要由相应的路由转发模块和路由信息更新模块组成。路由转发模块从路由队列中取出数据包，从节点属性管理模块中取出当前父节点ID，更新数据包头之后将之交给MAC层发送。路由信息更新模块则负责发送和接收路由更新信息，并实时刷新节点属性管理模块中相应的属性值，例如本地节点的深度、邻居节点的深度、能量值和队列长度等等。信息更新模块发送路由更新包的时机除了其本身设定的定时器之外，还有外部事件触发的更新，事实上这些外部事件就是指来自节点属性管理模块的通知事件。

(3)路由表管理模块

路由表管理模块，用于根据节点属性建立深度势能场、混合势能场，以及设定路由表计算公式，并用路由表存储势能场建立信息以及路由选择信息。是基于势能场路由框架的核心部分，它包含势能场计算公式和路由选择方法，并使用一张路由表存储这些信息。值得注意的是，势能场计算公式实际上建立了所有用于路由的势能场，也是整个路由框架中变化最大的部分。因此，不同的势能场路由策略最大的差别就在这一部分的差别。为了方便地更改和加入不同的路由计算因子，可以考虑将势能场计算公式单独提取出来作为一个独立模块。另外，路由表管理模块与节点属性管理模块之间的交互是最频繁的，它不仅要频繁地接收来自节点属性管理模块的事件通知来重新计算路由，同时也要将新计算出的父节点通知节点属性管理模块。

(4)节点属性管理模块

节点属性管理模块用于存储节点属性，包括节点深度、邻居节点深度、能量值以及队列长度，其最大的作用实际上是将路由转发引擎和路由表管理模块进行了解藕：从图5中可以看出，两者之间没有任何数据和命令交互。路由转发引擎相对稳定，它不随路由计算因子变化而变化，同时也不需要知道如何选择下一跳节点的细节；而路由表管理模块则随不同的路由策略有着很大的变化。节点属性管理模块为两者的交互提供了一个统一的接口，使一部分变化时另一部分不需要作出太多改变。另外，节点属性管理模块的事件通知机制也简化了各个模块的设计，例如，一个事件可以同时广播给多个组件，并且需要接受事件通知的组件可以随时加入。

(5)辅助机制

辅助机制模块用于在将数据包送往链路层处理前将要转发的数据包经优先级队列进行处理等等。基于势能场的路由框架允许在各个模块之间加入各种辅助机制。这些辅助机制也是该路由框架的一个重要组成部分，它们有时能大大地增强路由机制的性能。这些增强机制通过各个模块的一些开放接口参与路由选择或者控制数据包和队列。

通过这个开放路由框架，可以很灵活便捷的实现本路由方法。综上所述，如图所示，本发明的基于势能场的提供实时传输的路由方法的实施步骤为：

S1.系统初始化，监听网络中的事件，缓存应用程序请求发送的数据包；

S2.分析数据包包头标识，若为实时数据包，则使用深度势能场转发该数据包，否则，使用混合势能场转发该数据包，将数据包送往链路层处理。

在每个数据包的包头都设置一个1bit的标志位flag，flag为1表示该数据包来自实时应用程序，为0表示该数据包来自非实时应用程序。

其中，在步骤S1前还包括根据节点属性建立深度势能场、混合势能场的步骤，以及设定路由表计算公式的步骤，包括：

A1建立深度势能场(对于节点v)：

$V_d\left(v\right)=\sqrt{\mathrm{Depth}\left(v\right)},$

其中Depth(v)为节点v的深度值；

A2建立队列长度势能场(对于节点v)：

V_q(v)＝Q(v)

其中，

A3建立虚拟的混合势能场。

将前述两个单因子势能场(深度势能场、队列长度势能场)进行凸组合(对于节点v)：

V_m(v)＝(1-α)V_d(v)+αV_q(v)

由此得到相邻节点间“力”的计算公式：

F_m(v，w)＝(1-α)F_d(v，w)+αF_q(v，w)

路由的转发方向则由该势能场产生的“力”来决定。即每个数据分组都将沿着其所承受的最大的“力”的方向被转发(至下一跳的邻居节点)：

w节点是v的下一跳节点，当且仅当：

$F_m(v,w)=\max \{F_m(v,x),\&ForAll;x\&Element;\mathrm{nbr}\left(v\right)\}.$

A4设定路由参数得到具体的路由表计算公式：

对于实时性数据包的路由计算公式，设置混合势能场中的关键参数α为0，得到：V₁(v)＝V_d(v)；对于非实时性数据包的路由计算公式，设置混合势能场中的关键参数α属于区间(0，1)之中，得到：V₂(v)＝(1-α)V_d(v)+αV_q(v)。

根据以上两个公式，可以分别计算相应的控制实时或非实时分组流动的“力”，以及由该“力”决定的路由表项。

另外，本发明方法中还可以使用一些增强机制。例如为进一步减小实时数据包的排队延时，使用优先级队列机制，使得在同一节点的缓冲队列中，对时延敏感的数据包能够被调度到队列的前端，先于非实时数据包被转发，实现该机制的方法为，在步骤S2中，将数据包送往链路层处理前将要转发的数据包经优先级队列进行处理，数据包的包头标志位flag为1表示该数据包来自实时应用程序，为0表示该数据包来自非实时应用程序，对于所有标记为1的数据包，不再进一步区分它们的敏感程度。

通过以上所有步骤来实现本路由方法后，应当进行仿真实验来评价其性能。在TOSSIM平台上实现了PRTR路由策略，并进行了仿真实验。仿真配置的一些参数详见表1，同时，在如图6所示(圆内为事件区域)的仿真区域内设置了为了进行对比实验，设立了一个统一的仿真环境，设置了三个应用程序(如表2所示)，其中APP1是要求进行实时传输的。

表1仿真实验的详细参数设置

使用三个PRTR的路由策略(分别是α＝0.5α＝0.9α＝0.9并且不使用优先级队列三种情况)，以及TADR进行了实验。主要考察了APP1的端到端平均延迟，三种PRTR下端到端平均延迟，每个数据包平均消耗的能量以及网络吞吐量等性能指标(分别如图11-12所示)。实验结果如表3、表3续、图5至图10所示。结果表明，α和优先级队列机制都将影响PRTR的性能。α较大时，非实时分组将更容易被驱散到旁路上进行缓存，因此它们的传输延迟将增大。如果使用优先级队列，那么实时分组的端到端延迟将大大减少。总的来说，PRTR能够像TADR一样提供很高的全网吞吐率，但是比TADR更能显著的减小实时数据包的端到端传输延迟。

	标识	类型	活动时间	速率
					App1	1	实时	100s～140s	40packets/s
App2	0	非实时	100s～160s	30packets/s

App3

0

非实时

100s～160s

25packets/s

表2仿真实验中设定的三种应用程序及其属性

表3三种路由策略的全网吞吐率和端到端平均延迟统计情况

表3续三种路由策略的全网吞吐率和端到端平均延迟统计情况

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (9)

1.一种无线传感器网络支持实时传输的势能场路由方法，其特征在于，该方法包括步骤：

S1.缓存应用程序请求发送的数据包；

S2.分析数据包包头标识，若为实时数据包，则使用深度势能场转发该数据包，否则，使用混合势能场转发该数据包，将数据包送往链路层处理。

2.如权利要求1所述的无线传感器网络支持实时传输的势能场路由方法，其特征在于，在步骤S2中，将数据包送往链路层处理前还包括将要转发的数据包经优先级队列进行处理的步骤。

3.如权利要求1所述的无线传感器网络支持实时传输的势能场路由方法，其特征在于，步骤S1前还包括根据节点属性建立深度势能场、混合势能场的步骤，以及设定路由表计算公式的步骤，包括：

A1.对于网络中的节点v，建立深度势能场：其中：Depth(v)为节点v的深度值，网络中汇聚节点的深度为0，其余节点的深度为其到汇聚节点的距离；

A2.对于网络中的节点v，建立队列长度势能场：V_q(v)＝Q(v)，其中：

Q(v)表示节点v规格化的队列长度；

A3.对于网络中的节点v，建立虚拟的混合势能场，将所述深度势能场以及队列长度势能场进行凸组合：

V_m(v)＝(1-α)V_d(v)+αV_q(v)；

A4.确定网络中相邻节点间力的计算公式：

F_m(v，w)＝(1-α)F_d(v，w)+αF_q(v，w)，其中，w是v的邻居节点，α为路由参数，其范围为[0，1]，对于实时性数据包的路由计算公式，设置所述路由参数α为0，得到：V₁(v)＝V_d(v)；对于非实时性数据包的路由计算公式，设置所述路由参数α属于区间(0，1)之中，得到：V₂(v)＝(1-α)V_d(v)+αV_q(v)。

4.如权利要求1所述的无线传感器网络支持实时传输的势能场路由方法，其特征在于，所述包头标识为1时，数据包为实时数据包；所述包头标识为0时，数据包为非实时数据包。

5.如权利要求2所述的无线传感器网络支持实时传输的势能场路由方法，其特征在于，优先级队列进行的处理为：在同一节点的缓冲队列中，将时延敏感的数据调度到队列的前端，先于非实时数据包转发。

6.一种无线传感器网络支持实时传输的势能场路由系统，其特征在于，该系统包括：

路由队列，用于缓存应用程序请求发送的数据包；

路由转发引擎，根据数据包包头标识，使用深度势能场转发实时数据包，使用混合势能场转发非实时数据包，将数据包送往链路层处理。

7.如权利要求6所述的无线传感器网络支持实时传输的势能场路由系统，其特征在于，该系统还包括：

路由表管理模块，用于根据节点属性建立深度势能场、混合势能场，以及设定路由表计算公式，并用路由表存储势能场建立信息以及路由选择信息。

8.如权利要求6所述的无线传感器网络支持实时传输的势能场路由系统，其特征在于，该系统还包括：

节点属性管理模块，用于存储节点属性，包括节点深度、邻居节点深度、能量值以及队列长度。

9.如权利要求6所述的无线传感器网络支持实时传输的势能场路由系统，其特征在于，该系统还包括：

辅助机制模块，用于在将数据包送往链路层处理前将要转发的数据包经优先级队列进行处理。

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