CN102083165B - 无线网络的低能耗路由选择方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种无线自组织网络系统的方法，尤其涉及一种低能耗的无线网络的机会路由选择方法，属于无线网络技术领域。本方法在不对节点的物理位置做任何假设的前提下，为每个无线节点动态的确定数据包转发列表，每个节点通过和自己的数据包转发列表之内的无线节点进行局部的简单的协调，在保证网络吞吐量的前提下，最后达到节省能量的目的。该方法并不局限于点对点的单播，也适用于一对多的多播传输和广播传输。

Description

无线网络的低能耗路由选择方法

技术领域

本发明涉及一种无线自组织网络系统的方法，尤其涉及一种低能耗的无线网络的机会路由选择方法，属于无线网络技术领域。

背景技术

随着通信技术、传感器技术和嵌入式计算技术的快速发展和日益成熟，具有通信、传感和计算能力的微型传感器节点开始出现，并且被逐渐的应用到生产和生活之中。这种传感器网络能够协调地感知、采集和处理网络覆盖区域内的各种环境或监测对象信息，并发布给需要这些信息的用户。传感器网络将逻辑上的信息世界与真实的物理世界融合在一起，深刻地改变了人与自然的交互方式，可广泛地应用于军事国防、工农业控制、生物医疗、环境监测等诸多领域。而无线网络的发展一直受到有限供给能量(电池驱动)的制约，只能被限制在小规模的应用之中。

传统的典型的有线网络的路由机制是由路由发现和路由更替两个过程组成的。以单播机制为例，在路由发现过程中，首先找到源节点和目的节点之间“最好”的数据传递链路，之后的数据传输基本上都是基于这个找到的“最好”的数据传递链路进行的。而第二个路由更替的过程通常在原有链路不工作如：断路的情况下触发，或者再一定的时间周期后触发，重复路由发现的过程，找到新的“最好”的数据传递链路。目前的无线网络大多遵循了有线网络的这个典型的路由机制。但是这样盲目的应用会导致如下的问题：1、无线链路并不象有线链路那样稳定，在物理环境比较恶劣，或者背景噪音较大的环境下，无线传输处于极度不稳定的状态，这样会导致不断重复的路由探索过程，导致路由线路不断的变化，造成网络吞吐量的降低和能量的极大损耗；2、无线传输不同于有线传输的最大区别在于，前者的每一次传输都可以看做是广播传输，也就是说，无线节点的每一次传输都可能被它所有的邻居节点成功的接收到。如果我们可以良好的利用无线传输的这一特点，让多个邻居节点遵循一定的机制同时的参与到数据的转发中，不仅可以提高数据传输的成功率，也可以极大的减少由重复的路由发现和数据传输失败进而重传导致的能量损耗。

机会路由传输控制方法是一种新型的无线网络的传输机制。在该机制下，路由的链路不再局限于某一条“最好”的数据传输链路，与此相反，在数据包的传输过程中，任何监听到该数据包的无线节点在满足一定的条件下比如：距离目的节点的物理位置更近，都可以帮助转发该数据包。所以路由路径的选择是基于整个网络的实时链路的好坏情况而确定的。但是机会路由传输控制方法也有一定的不足，比如：当多个节点同时监听到某一次传输的数据包时，多个节点可能会同时或先后进行转发，造成数据包冗余及其带来的能量损耗问题。目前比较著名的无线网络机会路由算法有由Sanjit Biswas等人发表的ExOR和由Szymon Chachulski发表的MORE都是采用上面描述的机制。其中，ExOR通过在MAC层引入了如下的机制来克服这个问题。ExOR在MAC层引入了精准的传输调度器，用于控制无线节点访问传输媒介的时间。位于某个源节点的转发列表中的所有节点严格的按照一定的顺序来传输，并且在任何时间内，仅仅允许一个节点来进行传输。

与ExOR采用的处理机制不同是，MORE采用了随机网络编码的并且与MAC无关的路由机制。在MORE机会路由机制下，一个节点会将自己要传输的多个包随机的进行编码，然后传输。这样做的目的是用来确保同时听到接收到相同包的节点不会转发相同的包，在目的节点收到足够多的被编码过的包之后，进行解码，恢复出原有的包。MORE因为不需要设计特殊的调度器所以可以直接运行在802.11之上。但是MORE的这种机制也同时带来了一些问题，首先因为每个节点都会对自己含有的包进行随机的编码，并以一定的概率进行转发。为了让目的节点可以成功解码，所以仍需要附带传递一些解码信息，增加了网络的负荷。当网络中有多对数据源节点和目的节点时，MORE机制下的转发节点需要对不同目的节点将自己缓存中的包进行区分，分别随机编码，这样既增加了对缓存大小的要求，也增加了对节点计算能力的要求，导致网络能量的损耗。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于无线传感器网络的机会路由的实现方法，在保证网络吞吐量的前提下最大程度的减少网络的能量消耗。

为了达到上述目的，本发明提供了一种无线网络的低能耗路由选择方法，其各节点上运行的路由选择方法包括如下步骤：

(1)无线网络中的节点周期性的广播信号包，信号包包括：当前节点的邻居节点信息，预期能量信息以及传输成功率信息；

(2)网络中的各节点均检测收到其他节点预期的信号包，如果当前节点首次收到该邻居节点预期的信号包时，则记录该邻居节点信息，预期能量信息以及传输成功率信息；

(3)如果步骤(2)中当前节点不是首次收到该邻居节点预期的信号包，则更新该邻居节点的预期能量信息以及传输成功率信息；

(4)每个节点根据其所连接的所有邻居节点的预期能量信息，选择所有邻居节点到目标节点预期能量信息期望值最小的邻居节点作为转发节点；

(5)在进行数据传输时，源节点将源节点的转发列表和传送数据打包一并广播给源节点其所有的邻居节点，邻居节点查询转发列表是否包含有本邻居节点，如果有本邻居节点则将本邻居节点作为新的源节点按照优先级发将新的转发列表和传送的数据打包广播；

(6)重复步骤(1)至(5)直至数据从源节点发至目标节点。

所述的信号包还包括：当前包的版本号，当前版本内该节点发送的总包数；

所述步骤(5)中所述的优先级为按照邻居节点的预期能量从小到大来选择节点，预期能量小的邻居节点优先选择，预期能量大的邻居节点最后选择。

所述无线网络中有一对或一对以上的源节点和目标节点，在所述的步骤(1)中，目标节点自身的预期能量信息为零，其他所有邻居节点的预期能量为无穷大。

所述步骤(4)为如下步骤：

(a)设当前节点的初始预期能量信息为零，转送列表为空；

(b)将当前节点所有邻居节点信息，根据该邻居节点的预期能量信息由小到大进行排序；

(c)从预期能量信息最小的到预期能量信息最大的邻居节点，依次加入转发列表并通过如下公式计算：

$C=\frac{w}{1-\underset{i=1}{\mathrm{\Π}}{e}_{{\mathrm{uv}}_i}}+\frac{\underset{i=1}{\mathrm{\Σ}}\underset{j=1}{\overset{i-1}{\mathrm{\Π}}}{e}_{u{v}_j}\·(1-e_{u{v}_i})\·C_{v_i}}{1-\underset{i=1}{\mathrm{\Π}}{e}_i}$

w是当前节点进行一次广播的传输能量，其为常数根据不节点的不同类型设定。

是当前节点的邻居节点v_i的传输失败率。

是当前节点的邻居节点v_i自身的预估的预期能量信息；

如果(c)步骤计算所得的期望值减小，将该节点加入到转发列表，如果(c)步骤计算所得的期望值未减小，则终止计算。

最为本发明的另一方案所述步骤(4)为如下步骤：

(a)设当前节点的初始预期能量信息为零，转送列表为空；

(b)将当前节点所有邻居节点信息，根据该邻居节点距当前节点的距离由小到大进行排序；

(c)设定当前节点的预期能量信息为刚刚可以将数据包传递到该邻居节点的最小能量；

从预期能量信息最小的到预期能量信息最大的邻居节点，依次加入转发列表并通过如下公式计算：

$C=\frac{w}{1-\underset{i=1}{\mathrm{\Π}}{e}_{{\mathrm{uv}}_i}}+\frac{\underset{i=1}{\mathrm{\Σ}}\underset{j=1}{\overset{i-1}{\mathrm{\Π}}}{e}_{u{v}_j}\·(1-e_{u{v}_i})\·C_{v_i}}{1-\underset{i=1}{\mathrm{\Π}}{e}_i}$

w是当前节点进行一次广播的传输能量，其为常数根据不节点的不同类型设定。是当前节点的邻居节点v_i的传输失败率。

是当前节点的邻居节点v_i自身的预估的预期能量信息；

如果(c)步骤计算所得的期望值减小，将该节点加入到转发列表，如果(c)步骤计算所得的期望值未减小，则终止计算。

所述无线网络中有一对或一对以上的源节点和目标节点，网络中各个节点的距离为常数。在所述的步骤(1)中，目标节点自身的预期能量信息为零，其他所有邻居节点的预期能量为无穷大。

所述节点记录邻居节点信息的为邻居列表。

对比现有技术，本发明的有益效果在于，从无线传输的广播特性出发，在不对节点的物理位置做任何假设的前提下，为每个无线节点动态的确定数据包转发列表，每个节点通过和自己的数据包转发列表之内的无线节点进行局部的简单的协调，在保证网络吞吐量的前提下，最后达到节省能量的目的。该方法并不局限于点对点的单播，也适用于一对多的多播传输和广播传输。

附图说明

图1为无线节点对邻居节点不同的不同的传输失败率和能量消耗；

图2为节点传输能量不可调模式下的路由路径的选择；

图3为同一节点可多次监听到同一数据包的实例图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明技术方案进行解释。

实施例1：

所述无线网络中有一对或一对以上的源节点和目标节点，数据源节点S的数据要发送给目的节点T。

信号包包括：2个字节的身份标识字段ID，1个字节的节点自身预估的对目的节点T发送一个包需要消耗的能量字段Cost，共5个每个2个字节的邻居节点得身份标识ID字段Nb¹～Nb⁵，共5个每个1个字节的邻居节点对自身的数据传输成功率字段DSR¹～DSR⁵，记录在当前版本(字段Ver)内该节点发送的包的总数字段TNP；记录当前包的版本字段Ver。信号包的结构如表1所示。

表1.信号包的结构

ID

Cost

Nb1

DSR1

…

Nb5

DSR5

TNP

Ver

各节点上存储的邻居列表包括：邻居节点的身份标识字段ID；邻居节点对目的节点T发送一个包需要消耗的能量字段Cost；记录的是节点自身对邻居节点的数据传输成功率字段DSR；记录在当前版本(字段Ver)内邻居节点发送的包的总数字段字段TNP；记录在当前版内节点成功收到的邻居节点包的个数字段RP。记录当前的包的版本字段Ver。邻居列表的结构如表2所示。

表2.邻居列表的结构

ID

Cost

DSR

TNP

RP

Ver

每个节点还需要维持一个Fwd集合和一个Fwd^*集合。两个集合都用数组来实现，用来存储复合一点条件的邻居节点的ID，Fwd用于临时存储排序之后的邻居节点信息，Fwd^*用于保存最终的转发节点列表。初始情况下，Fwd和Fwd^*均为空。

在无线网络中其他各节点上运行的路由选择方法包括如下步骤：

(1)无线网络中的节点周期性的广播信号包，信号包包括：当前节点的邻居节点信息，预期能量信息以及传输成功率信息，目标节点T自身的预期能量信息为零，其他所有邻居节点的预期能量为无穷大。

(2)网络中的各节点均检测收到其他节点预期的信号包，如果当前节点首次收到该邻居节点预期的信号包时，则记录该邻居节点信息，预期能量信息以及传输成功率信息，即当前节点在接收到邻居节点的信息包之后，如果这是第一次收到该邻居的包，将该邻居添加到邻居列表当中；

(3)如果步骤(2)中当前节点不是首次收到该邻居节点预期的信号包，则更新该邻居节点的预期能量信息以及传输成功率信息，即做如下操作(1)如果自己的ID与字段Nb¹～Nb⁵中任何一个相匹配，提取相应的DSR字段当中的信息，保存起来；(2)在邻居列表中更新字段TNP的值；(3)如果Ver字段中的值与本地保存值不同，更新Ver字段的值，并重置TNP字段为1.(4)更新邻居节点的Cost到邻居列表之中；

(4)每个节点根据其所连接的所有邻居节点的预期能量信息，选择所有邻居节点到目标节点预期能量信息期望值最小的邻居节点作为转发节点，即其他每个节点将自己所有的邻居节点根据保存在表2中的预估能量损耗进行递增的排序；排序结果存入Fwd集合中；以u节点举例，假设u节点的Fwd集合共包含了m个邻居节点，Fwd＝{v₁，v₂，…v_m}，设置循环指针i＝1；开始循环；将v_i添加入Fwd^*中，然后根据如下公式计算来计算节点u的预估发包能量：

$C_u\left({\mathrm{Fwd}}^{*}\right)=C_u^h\left({\mathrm{Fwd}}^{*}\right)+C_u^f\left({\mathrm{Fwd}}^{*}\right)+C_u^c\left({\mathrm{Fwd}}^{*}\right)---\left(1\right)$

其中，C_u(Fwd^*)是节点u在转发列表为Fwd^*中包含的所有节点时的预估能量消耗。它的计算由三部分构成，每个部分代表的意义如表3所示。

表3.公式(1)各部分能量损耗代表的意义

的计算方式如公式(2)所示：

$C_u^h\left({\mathrm{Fwd}}^{*}\right)=\frac{w}{1-\mathrm{\α}}---\left(2\right)$

其中，w是节点u进行一次广播的传输能量。

是在Fwd^*中的所有节点都没有成功接收到u本次广播的概率。

是保存在表2中的节点u对邻居节点v_i的传输失败率。

的计算方式如公式(3)所示：

$C_u^f\left({\mathrm{Fwd}}^{*}\right)=\frac{\mathrm{\β}}{1-\mathrm{\α}}---\left(3\right)$

其中，

这里

是u的邻居节点v_i自身的预估能量消耗。

所代表的能量消耗是节点监听网络传输的能量消耗。因为在本发明中，我们不考虑节点可以休眠的情况，也就是说节点一直处于工作状态，所以这部分的能量消耗可以忽略不计。

将(2)和(3)带入公式(1)，并省略

得到公式：

$C=\frac{w}{1-\underset{i=1}{\mathrm{\Π}}{e}_{{\mathrm{uv}}_i}}+\frac{\underset{i=1}{\mathrm{\Σ}}\underset{j=1}{\overset{i-1}{\mathrm{\Π}}}{e}_{u{v}_j}\·(1-e_{u{v}_i})\·C_{v_i}}{1-\underset{i=1}{\mathrm{\Π}}{e}_i}$

本次循环结束后，回到本步骤开始处，开始下一次循环，直到i＝m或者C_u(Fwd^*)开始增加，退出循环。当前的转发列表Fwd^*确立完毕；

(5)在进行数据传输时，源节点将源节点的转发列表和传送数据打包一并广播给源节点其所有的邻居节点，邻居节点查询转发列表是否包含有本邻居节点，如果有本邻居节点则将本邻居节点作为新的源节点按照优先级发将新的转发列表和传送的数据打包广播，即S将自己确立的转发列表一起存入数据包中并广播给所有的邻居节点。邻居节点在收到数据包之后，获取嵌入在之中的转发列表信息。如果发现自己的信息(ID)与数据包中转发列表中的信息(ID)相匹配，该节点成为该数据包新的数据源，根据自己的转发优先级，优先级为按照邻居节点的预期能量从小到大来选择节点，预期能量小的邻居节点优先选择，预期能量大的邻居节点最后选择，即位于Fwd^*集合中排序的位置，等待一段时间，充当该包的新的数据源进行发送；

(6)重复步骤(1)至(5)直至数据从源节点发至目标节点。

图1展示了在无线网络中，任何一个节点因为传输能量和背景噪音的关系，对其邻居节点可能具有不同的传输失败率和花费不同的能量，进而说明转发列表的选择直接决定了网络传输能量的消耗。比如说节点u有三个邻居分别是节点v₁，v₂，v₃。节点u对三个另据的传输失败率均为0.5(e＝50％)表明节点u每次广播传输被v₁，v₂，v₃成功接收的概率是0.5(1-e).然后对于不同节点，传输的能量消耗也有不同，比如说从节点u成功传输一个数据包到节点v₁，v₂，v₃分别需要1，1.5和3个能量单位。图2展示了在传输能量不可调模式下从源节点S传输数据包到目的节点T的每个节点消耗能量计算和最终路径的选择(有向图)。图2中c代表根据公式(1)计算出来的预估的传输能量消耗的期望值；w代表从一个节点到另外一个节点链路的传输能量消耗；e代表链路传输的失败率。从图2上我们可以看到，节点的预估的传输能量消耗随着大体上随着距离目的节点T的跳数的增加而增加。图2上所有的实线的链路最终都被选中，而虚线链路被摒弃说明节点对转发列表的选择上并不是趋于选择最多的邻居节点。图3展示了同一节点可以多次重复监听和接收同一数据包的实例，图3链路使用双向箭头意味着该链路两端的节点互为邻居节点。其中，节点u₁同时属于节点u₂和节点u₇的转发列表，节点u₄，u₅，和u₆都存在于节点u₁的转发列表之中，节点u₂的转发列表包含节点u₁和u₃。如图3所示，在节点u₂把数据包广播之后，节点u₁和u₃同时接收到数据包。如果u₃在u₂的转发列表中的优先级高于节点u₁，那么u₃会先于u₁进行再次广播，进而，u₁再次接收到改数据包。另外，因为数据包多链路的关系，节点u₇也可能需要帮忙转发该数据包，这样u₁会再次接收到u₇的广播该数据包；在u₁将包成功发送给自己的转发列表中的节点u₄和u₆之后，在u₄或u₆继续转发数据包时，节点u₁会再次监听到该数据包。

实施例2：

所述无线网络中有一对或一对以上的源节点和目标节点，网络中各个节点的距离为常数，数据源节点S的数据要发送给目的节点T。

信号包包括：2个字节的身份标识字段ID，1个字节的节点自身预估的对目的节点T发送一个包需要消耗的能量字段Cost，共5个每个2个字节的邻居节点得身份标识ID字段Nb¹～Nb⁵，共5个每个1个字节的邻居节点对自身的数据传输成功率字段DSR¹～DSR⁵，记录在当前版本(字段Ver)内该节点发送的包的总数字段TNP；记录当前的包的版本字段Ver。信号包的结构如表4所示。

表4.信号包的结构

ID

Cost

Nb1

DSR1

…

Nb5

DSR5

TNP

Ver

各节点上存储的邻居列表包括：邻居节点的身份标识字段ID；邻居节点对目的节点T发送一个包需要消耗的能量字段Cost；记录的是节点自身对邻居节点的数据传输成功率字段DSR；记录在当前版本(字段Ver)内邻居节点发送的包的总数字段字段TNP；记录在当前版内节点成功收到的邻居节点包的个数字段RP。记录当前的包的版本字段Ver。邻居列表的结构如表2所示。

表5.邻居列表的结构

ID

Cost

DSR

TNP

RP

Ver

每个节点还需要维持一个Fwd集合和一个Fwd^*集合。两个集合都用数组来实现，用来存储复合一点条件的邻居节点的ID，Fwd用于临时存储排序之后的邻居节点信息，Fwd^*用于保存最终的转发节点列表。初始情况下，Fwd和Fwd^*均为空。

在无线网络中其他各节点上运行的路由选择方法包括如下步骤：

(1)无线网络中的节点周期性的广播信号包，信号包包括：当前节点的邻居节点信息，预期能量信息以及传输成功率信息，目标节点T自身的预期能量信息为零，其他所有邻居节点的预期能量为无穷大；

(2)网络中的各节点均检测收到其他节点预期的信号包，如果当前节点首次收到该邻居节点预期的信号包时，则记录该邻居节点信息，预期能量信息以及传输成功率信息，即当前节点在接收到邻居节点的信息包之后，如果这是第一次收到该邻居的包，将该邻居添加到邻居列表当中；

(3)如果步骤(2)中当前节点不是首次收到该邻居节点预期的信号包，则更新该邻居节点的预期能量信息以及传输成功率信息，即做如下操作(1)如果自己的ID与字段Nb¹～Nb⁵中任何一个相匹配，提取相应的DSR字段当中的信息，保存起来；(2)在邻居列表中更新字段TNP的值；(3)如果Ver字段中的值与本地保存值不同，更新Ver字段的值，并重置TNP字段为1.(4)更新邻居节点的Cost到邻居列表之中；

(4)产生的转发列表步骤为：

(a)设当前节点的初始预期能量信息为零，转送列表为空；

(b)将当前节点所有邻居节点信息，根据该邻居节点的预期能量信息由小到大进行排序；

(c)从预期能量信息最小的到预期能量信息最大的邻居节点，依次加入转发列表并通过如下公式计算：

$C=\frac{w}{1-\underset{i=1}{\mathrm{\Π}}{e}_{{\mathrm{uv}}_i}}+\frac{\underset{i=1}{\mathrm{\Σ}}\underset{j=1}{\overset{i-1}{\mathrm{\Π}}}{e}_{u{v}_j}\·(1-e_{u{v}_i})\·C_{v_i}}{1-\underset{i=1}{\mathrm{\Π}}{e}_i}$

w是当前节点进行一次广播的传输能量，其为常数根据不节点的不同类型设定。

或

是当前节点的邻居节点v_i的传输失败率。

是当前节点的邻居节点v_i自身的预估的预期能量信息；

以u节点举例，假设u节点的Fwd集合共包含了m个邻居节点，Fwd＝{v₁，v₂，…v_m}，设置循环指针i＝1；开始循环，将v_i添加入Fwd^*中，然后根据如下公式计算来计算节点u的预估发包能量：

$C_u\left({\mathrm{Fwd}}^{*}\right)=C_u^h\left({\mathrm{Fwd}}^{*}\right)+C_u^f\left({\mathrm{Fwd}}^{*}\right)+C_u^c\left({\mathrm{Fwd}}^{*}\right)---\left(4\right)$

其中，C_u(Fwd^*)是节点u在转发列表为Fwd^*中包含的所有节点时的预估能量消耗。它的计算由三部分构成，每个部分代表的意义如表6所示。

表6.公式(4)中各部分能量损耗代表的意义。

的计算方式如公式(4)所示：

$C_u^h\left({\mathrm{Fwd}}^{*}\right)=\frac{w}{1-\mathrm{\α}}---\left(5\right)$

其中，w是节点u进行一次广播的传输能量。

是在Fwd^*中的所有节点都没有成功接收到u本次广播的概率。

是保存在表2中的节点u对邻居节点v_i的传输失败率。

的计算方式如公式(4)所示：

$C_u^f\left({\mathrm{Fwd}}^{*}\right)=\frac{\mathrm{\β}}{1-\mathrm{\α}}---\left(6\right)$

其中，

这里

是u的邻居节点v_i自身的预估能量消耗。

所代表的能量消耗是节点监听网络传输的能量消耗。因为在本发明中，我们不考虑节点可以休眠的情况，也就是说节点一直处于工作状态，所以这部分的能量消耗可以忽略不计。

将(5)和(6)带入公式(4)，并省略

得到公式：

$C=\frac{w}{1-\underset{i=1}{\mathrm{\Π}}{e}_{{\mathrm{uv}}_i}}+\frac{\underset{i=1}{\mathrm{\Σ}}\underset{j=1}{\overset{i-1}{\mathrm{\Π}}}{e}_{u{v}_j}\·(1-e_{u{v}_i})\·C_{v_i}}{1-\underset{i=1}{\mathrm{\Π}}{e}_i}$

本次循环结束后，回到本步骤开始处，开始下一次循环，直到i＝m或者C_u(Fwd^*)开始增加，退出循环。当前的转发列表Fwd^*确立完毕；

(5)在进行数据传输时，源节点将源节点的转发列表和传送数据打包一并广播给源节点其所有的邻居节点，邻居节点查询转发列表是否包含有本邻居节点，如果有本邻居节点则将本邻居节点作为新的源节点按照优先级发将新的转发列表和传送的数据打包广播，即S将自己确立的转发列表一起存入数据包中并广播给所有的邻居节点。邻居节点在收到数据包之后，获取嵌入在之中的转发列表信息。如果发现自己的信息(ID)与数据包中转发列表中的信息(ID)相匹配，该节点成为该数据包新的数据源，根据自己的转发优先级，优先级为按照邻居节点的预期能量从小到大来选择节点，预期能量小的邻居节点优先选择，预期能量大的邻居节点最后选择，即位于Fwd^*集合中排序的位置，等待一段时间，充当该包的新的数据源进行发送；

(6)重复步骤(1)至(5)直至数据从源节点发至目标节点。

当无线节点处于传输能量可调模式下时，一方面意味着节点可以通过调小自己的传输能量达到节省传输能量的目的；另一方面，节点用较小的传输能量进行传输的时候，同时降低了自己的传输距离，所以减少了的邻居节点的个数，以至于可供转发列表选择的节点数目变少。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.无线网络的低能耗路由选择方法，其各节点上运行的路由选择方法包括如下步骤：

(1)无线网络中的节点周期性的广播信号包，信号包包括：当前节点的邻居节点信息，预期能量信息以及传输成功率信息；

(2)网络中的各节点均检测收到其他节点预期的信号包，如果当前节点首次收到该邻居节点预期的信号包时，则记录该邻居节点信息，预期能量信息以及传输成功率信息；

(3)如果步骤(2)中当前节点不是首次收到该邻居节点预期的信号包，则更新该邻居节点的预期能量信息以及传输成功率信息；

(4)每个节点根据其所连接的所有邻居节点的预期能量信息，选择所有邻居节点到目标节点预期能量信息期望值最小的邻居节点作为转发节点；

(5)在进行数据传输时，源节点将源节点的转发列表和传送数据打包一并广播给源节点其所有的邻居节点，邻居节点查询转发列表是否包含有本邻居节点，如果有本邻居节点则将本邻居节点作为新的源节点按照优先级发将新的转发列表和传送的数据打包广播；所述的优先级为按照邻居节点的预期能量从小到大来选择节点，预期能量小的邻居节点优先选择，预期能量大的邻居节点最后选择；

(6)重复步骤(1)至(5)直至数据从源节点发至目标节点。

2.根据权利要求1所述的无线网络的低能耗路由选择方法，其特征在于：所述的信号包还包括：当前包的版本号，当前版本内该节点发送的总包数。

3.根据权利要求1所述的无线网络的低能耗路由选择方法，其特征在于：所述无线网络中有一对或一对以上的源节点和目标节点，在所述的步骤(1)中，目标节点自身的预期能量信息为零，其他所有邻居节点的预期能量为无穷大。

4.根据权利要求1至3中任意之一所述的无线网络的低能耗路由选择方法，其特征在于：所述步骤(4)为如下步骤：

(a)设当前节点的初始预期能量信息为零，转送列表为空；

(b)将当前节点所有邻居节点信息，根据该邻居节点的预期能量信息由小到大进行排序；

(c)从预期能量信息最小的到预期能量信息最大的邻居节点，依次加入转发列表并通过如下公式计算：

$C=\frac{w}{1-\underset{i=1}{\mathrm{\Π}}{e}_{u{v}_i}}+\frac{\underset{i=1}{\mathrm{\Σ}}\underset{j=1}{\overset{i-1}{\mathrm{\Π}}}{e}_{{\mathrm{uv}}_j}\·(1-e_{{\mathrm{uv}}_i})\·C_{v_i}}{1-\underset{i=1}{\mathrm{\Π}}{e}_i}$

w是当前节点进行一次广播的传输能量，其为常数根据不节点的不同类型设定；

或

是当前节点的邻居节点v_i的传输失败率；

是当前节点的邻居节点v_i自身的预估的预期能量信息；

如果(c)步骤计算所得的期望值减小，将该节点加入到转发列表，如果(c)步骤计算所得的期望值未减小，则终止计算。

5.根据权利要求1或2所述的无线网络的低能耗路由选择方法，其特征在于：所述步骤(4)为如下步骤：

(a)设当前节点的初始预期能量信息为零，转送列表为空；

(b)将当前节点所有邻居节点信息，根据该邻居节点距当前节点的距离由小到大进行排序；

(c)设定当前节点的预期能量信息为刚刚可以将数据包传递到该邻居节点的最小能量；

从预期能量信息最小的到预期能量信息最大的邻居节点，依次加入转发列表并通过如下公式计算：

$C=\frac{w}{1-\underset{i=1}{\mathrm{\Π}}{e}_{u{v}_i}}+\frac{\underset{i=1}{\mathrm{\Σ}}\underset{j=1}{\overset{i-1}{\mathrm{\Π}}}{e}_{{\mathrm{uv}}_j}\·(1-e_{{\mathrm{uv}}_i})\·C_{v_i}}{1-\underset{i=1}{\mathrm{\Π}}{e}_i}$

w是当前节点进行一次广播的传输能量，其为常数根据不节点的不同类型设定；

或

是当前节点的邻居节点v_i的传输失败率；

是当前节点的邻居节点v_i自身的预估的预期能量信息；

如果(c)步骤计算所得的期望值减小，将该节点加入到转发列表，如果(c)步骤计算所得的期望值未减小，则终止计算。

6.根据权利要求5所述的无线网络的低能耗路由选择方法，其特征在于：所述无线网络中有一对或一对以上的源节点和目标节点，网络中各个节点的距离为常数，在所述的步骤(1)中，目标节点自身的预期能量信息为零，其他所有邻居节点的预期能量为无穷大。

7.根据权利要求1所述的无线网络的低能耗路由选择方法，其特征在于：所述节点记录邻居节点信息的为邻居列表。

8.根据权利要求5所述的无线网络的低能耗路由选择方法，其特征在于：所述节点记录邻居节点信息的为邻居列表。

Images