CN102595505A - 无线传感网络基于节点负载均衡的分布式路由方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线传感网络基于节点负载均衡的分布式路由方法，使用全新综合衡量路由性能的路由尺度，基于局部信息实现动态路由决策，在保证无线传感器网络数据传输可靠性的同时，使网络整体负载分配均衡化，延长无线传感器网络的工作寿命，同时提高了网络的数据吞吐量，为无线传感器网络路由选择提供了一种简单有效的方法。

Description

无线传感网络基于节点负载均衡的分布式路由方法

技术领域

本发明属于网络优化技术领域，具体涉及一种基于全新综合路由尺度(Route Scale，RS)的无线传感器网络(Wireless Sensor Networks，WSN)分布式路由方法。 

背景技术

无线传感器网络(Wireless Sensor Networks，WSN)是一种无基础设施的网络，它由一组传感器节点以无线自组织方式构成，其目的是协作感知、采集和处理网络覆盖地理区域中感知对象的信息，并对这些数据进行处理，最终将这些信息传送到需要的用户，而这就要求WSN具备长期可靠的数据汇聚功能。 

数据汇聚技术是将多份数据或信息进行处理，组合出更有效、更符合用户需求的数据的过程。数据汇聚是数据传输的路由问题，是WSN的核心技术之一。在文献[Shio Kumar Singh，M P Singh，and D K Singh，“Routing Protocols in Wireless Sensor Networks-A Survey”，IJCSES Vol.1，No.2，November 2010；]中总结了当前WSN中的常见路由协议，大多以Ad hoc路由协议为基础，针对不同的应用场景定制而成，缺乏一般场景适应性。由于WSN与传统的无线网络不同，网络中的数据流要远远大于控制流，其节点的计算能力、无线带宽和电池容量有限，周围复杂环境条件的变化、网络节点的失效和新节点的加入导致WSN网络拓扑结构不断变化。 

大多数路由协议很难适应快速变化的网络拓扑结构，造成位于核心位置的局部节点负载过重和能量过度消耗，大大缩减了WSN的工作寿命。由于瓶颈节点限制了整体吞吐量，数据丢包现象严重。在面向数据汇聚的应用中，网络工作寿命和传输可靠性是首要追求目标。本发明因此而来。 

发明内容

本发明提出了一种适合一般数据汇聚场景的分布式路由算法，在保证WSN数据传输可靠性的同时，提高网络负载整体的均衡度，有效提高网络整体吞吐量和延长了WSN的工作寿命，简单高效。 

为了解决现有技术中的这些问题，本发明提供的技术方案如下： 

一种无线传感网络基于节点负载均衡的分布式路由方法，其特征在于所述方法包括以下步骤： 

(1)所有节点按周期T₁发送路由广播报文，将节点自身的路由信息发送给邻居节点； 

(2)节点根据接收到的路由广播报文，更新自身的邻居节点列表； 

(3)节点根据邻居节点列表内容，对候选父节点列表中各父节点进行信道质量(Channel Quality，CQ)监控和节点性能(Node Capability，NC)评估； 

(4)每隔周期T₂，节点根据邻居节点列表计算网络不均衡度(Network UnBalanced，NUB)，根据信道质量CQ值和节点性能NC值计算链路可靠性(Link Reliability，LR)；并且基于父节点的不均衡度NUB和链路可靠性LR计算其对应的综合路由尺度(Route Scale，RS)，其中T₂＜T₁； 

(5)节点需要发送数据时，根据候选父节点列表中各父节点的综合路由尺度动态选择最佳路由；当父节点频繁切换时，重复步骤(1)至步骤(5)实现网络路由信息的周期性更新。 

优选的，所述方法步骤(1)中使用的路由信息报文格为<节点号ID，路由更新次数C，节点到Sink节点的跳数HOP，网络不均衡度NUB>。 

优选的，所述方法步骤(1)中无线传感网络初始化时，所有节点C＝0、NUB＝1，Sink节点的HOP＝0，其余节点HOP值为无穷大。 

优选的，所述方法步骤(2)中更新自身的邻居节点列表步骤是根据报文中HOP和本地路由表HOP值的大小比较结果来进行的；如果广播报文中HOP小于当前节点HOP值，则将该节点存放入候选父节点列表，否则放入子节点列表。 

优选的，所述方法步骤(2)中节点的负载不均衡度NUB等于以其为根的子树所包含的节点数之和，其中叶子节点的NUB为1，内部节点的NUB为其所有直接孩子NUB值的和+1，整个网络的负载不均衡度NUB为网络中所有节点的NUB值之和。 

优选的，所述方法步骤(3)中候选父节点列表中每一个候选父节点按 式(I)计算它的CQ值： 

$\mathrm{CQ}=\mathrm{\&alpha;}*\left({\mathrm{CQ}}_{\mathrm{pre}}\right)+\mathrm{\&beta;}*\left(\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{CQ}}\right)---\left(I\right);$

其中的信道质量值表示节点和父节点之间一跳数据传输的成功率，CQ是要预测当前全局信道质量值，CQ_pre代表之前已经获得的全局信道质量值， 

是最近十次数据传输成功率的平均值，α和β均为可调节的常数因子且满足α+β＝1，α，β∈[0，1]；当进行下一轮预测开始时，CQ_pre取当前的CQ值参与运算，依次进行后续信道质量值的预测。 

优选的，所述方法步骤(3)中候选父节点列表中每一个候选父节点按式(II)计算它的NC值： 

$\mathrm{NC}=1-\frac{\mathrm{HOP}}{{\mathrm{HOP}}_{\max }}---\left(\mathrm{II}\right);$

其中HOP表示节点到Sink节点的跳数，HOP_max表示整个WSN中各节点到sink节点的最大跳数。 

优选的，所述方法步骤(4)中链路可靠性LR值通过式(III)进行计算： 

$\mathrm{LR}=\left\{\begin{array}{cc}\mathrm{CQ}+\frac{\mathrm{CQ}}{k_1}\&CenterDot;\mathrm{\&delta;}\&CenterDot;\mathrm{NC}& \mathrm{CQ}<k_1\\ \mathrm{CQ}+\mathrm{\&delta;}\&CenterDot;\mathrm{NC}& \mathrm{CQ}\&Element;[k_1,k_2]\\ \mathrm{CQ}+\frac{Q_{\max }-k_2}{Q_{\max }-\mathrm{CQ}}\&CenterDot;\mathrm{\&delta;}\&CenterDot;\mathrm{NC}& \mathrm{CQ}>k_2\end{array}\right.---\left(\mathrm{III}\right);$

其中的LR用来衡量节点选择某条无线链路发送数据至Sink节点时的链路可靠性，它由信道质量CQ和节点性能NC共同决定；Q_max代表信道质量的理想最大值，k₁和k₂分别表示信道质量CQ的高、低阈值； 

综合路由尺度通过式(IV)进行计算： 

RS＝NUB/LR      (IV)。 

优选的，所述方法步骤(5)中当节点要发送数据时，从父节点候选列表中选择RS最小的节点作为此次数据发送的父节点，并监控此次数据发送状态。 

优选的，所述方法步骤(5)中节点在候选父节点之间是否进行频繁切换通过路由切换敏感因子ξ来判断；当ξ满足式(V)时进行路由切换，否则不进行路由切换： 

RS＜(1-ξ)·RS    ξ∈(0，1)        (V)； 

其中的ξ称为路由决策灵敏度，ξ是介于0和1之间一个小数。 

本发明提供了一种基于网络负载均衡的可靠路由方法，其中无线传感网络中节点利用局部邻居信息，计算潜在路由对应的网络负载不均衡度，并结合信道质量和节点性能计算路由链路的可靠性，综合网络不均衡度和链路可靠性计算路由性能评价指标，使路由选择在网络负载和可靠性两方面达到折衷优化，最终达到延长无线传感器网络工作寿命、提高网络吞吐量和数据传输高可靠性的目标。 

本发明提供一种分布式路由方法，定义了新颖的路由性能衡量尺度RS，通过选择RS最小的候选父节点实现动态路由，在保证WSN数据传输可靠性的同时，尽可能的使WSN的负载均衡。 

相对于现有技术中的方案，本发明的优点是： 

1.实用性：路由选择时只需要局部信息，适用于资源受限节点与网络； 

2.可靠性：信道质量CQ、节点性能NC、链路可靠性LR真实反应了网络拓扑变化和节点状态变化，使节点总是选择尽可能可靠的链路进行数据传输。 

3.均衡性：网络不均衡度NUB全面反应了网络负载均衡程度，该算法中的路由选择决策有利于NUB值趋于一个较小值，最终相对稳定在一个范围，从而使网络整体负载均衡，避免个别节点负载过重和能量过度消耗情况的发生，提高网络的整体吞吐量，延长WSN的工作寿命。 

4.简单实用：本算法完全分布式工作，将路由建立、维护更新、路由修复统一起来，实现简单灵活，适合更一般性数据汇聚场景。 

综上所述，本发明提供了一种基于网络负载均衡的可靠数路由方法，该方法提出了一种全新综合衡量路由性能的路由尺度，基于局部信息实现动态路由决策，在保证无线传感器网络数据传输可靠性的同时，使网络整体负载分配均衡化，延长无线传感器网络的工作寿命，同时提高了网络的数据吞吐 量，为无线传感器网络路由选择提供了一种简单有效的方法。 

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述： 

图1为某时刻NUB网络拓扑示意图； 

图2为新节点加入后NUB网络拓扑示意图； 

图3为实施例中网络规模为20个节点时实际部署示意图。 

图4为实施例中网络规模为20个节点时抽象拓扑结构示意图。 

具体实施方式

以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本发明而不限于限制本发明的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。 

实施例 

本发明实施例基于网络均衡可靠路由方法，首先进行路由信息的广播，然后根据邻居节点的路由信息更新本地路由表，接着在发送数据时选择RS最小的父节点作为数据中继节点，最后得到根据发送情况更新路由信息，其特别之处在于：采用完全分布式路由算法实现了数据传输的可靠性和网络负载的均衡性。 

具体的分布式路由方法中，节点按固定周期与邻居节点交换路由信息，实现动态路由选择，具体包括如下步骤： 

(1)所有节点按周期T₁发送路由广播报文，将自身的路由信息发送给邻居节点，路由信息报文格为<节点号ID，路由更新次数C，节点到Sink节点的跳数HOP，网络不均衡度NUB>。初始时所有节点C＝0、NUB＝1，Sink节点的HOP＝0，其余节点HOP值为无穷大。 

(2)节点收到邻居节点的路由广播报文后，比较报文中HOP和本地路由表HOP值的大小，如果广播报文中HOP小于当前节点HOP值，则将该节点存放入候选父节点列表，否则放入子节点列表。 

(3)根据子节点列表，按图1所示的方法计算出节点的NUB值，即：节点的负载不均衡度NUB等于以其为根的子树所包含的节点数之和，其中叶子节点的NUB为1，内部节点的NUB为其所有直接孩子NUB值的和+1，整个网络的负载不均衡度NUB为网络中所有节点的NUB值之和。 

(4)根据候选父节点列表，对每一个候选父节点按式(I)计算它的CQ值、按式(II)计算其NC值。每隔时间T₂，对每个候选父节点，式(III)计算链路可靠性LR值，按式(IV)计算路由综合尺度的RS值。 

$\mathrm{CQ}=\mathrm{\&alpha;}*\left({\mathrm{CQ}}_{\mathrm{pre}}\right)+\mathrm{\&beta;}*\left(\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{CQ}}\right)---\left(I\right);$

其中的信道质量值表示节点和父节点之间一跳数据传输的成功率，CQ_next是要预测的新一轮全局信道质量值，  CQ_pre代表当前已经获得的全局信道质量值， 

是最近十次数据传输成功率的平均值，α和β均为可调节的常数因子且满足α+β＝1，α，β∈[0，1]。当进行下一轮预测开始时，CQ_pre取当前的CQ值参与运算，依次进行后续信道质量值的预测。 

$\mathrm{NC}=1-\frac{\mathrm{HOP}}{{\mathrm{HOP}}_{\max }}---\left(\mathrm{II}\right);$

其中的节点性能NC本实施例使用节点到Sink节点的跳数衡量。其中HOP表示节点到Sink节点的跳数，HOP_max表示整个WSN中各节点到sink节点的最大跳数。 

公式3. $\mathrm{LR}=\left\{\begin{array}{cc}\mathrm{CQ}+\frac{\mathrm{CQ}}{k_1}\&CenterDot;\mathrm{\&delta;}\&CenterDot;\mathrm{NC}& \mathrm{CQ}<k_1\\ \mathrm{CQ}+\mathrm{\&delta;}\&CenterDot;\mathrm{NC}& \mathrm{CQ}\&Element;[k_1,k_2]\\ \mathrm{CQ}+\frac{Q_{\max }-k_2}{Q_{\max }-\mathrm{CQ}}\&CenterDot;\mathrm{\&delta;}\&CenterDot;\mathrm{NC}& \mathrm{CQ}>k_2\end{array}\right.---\left(\mathrm{III}\right);$

其中的LR用来衡量节点选择某条无线链路发送数据至Sink节点时的链路可靠性，它由信道质量CQ和节点性能NC共同决定。Q_max代表信道质量的理想最大值，k₁和k₂表示信道质量的高低的两个阈值。 

RS＝NUB/LR    (IV)； 

其中的路由尺度RS定量的评价潜在路由的性能，是节点进行路由决策的直接参考标准，RS越小意味着网络更加均衡，链路更加可靠。 

(5)当节点要发送数据时，从父节点候选列表中选择RS最小的节点作为此次数据发送的父节点，并监控此次数据发送状态。但是节点在候选父节点之间频繁进行路由切换，也会造成额外的控制开销，因此本实施例引入路由切换敏感因子ξ，只有当RS满足公式5时才进行路由切换。根据需要重复步骤(1)至步骤(5)，实现网络路由信息的周期性更新。 

RS＜(1-ξ)·RS    ξ∈(0，1)    (V)； 

其中的ξ称为路由决策灵敏度，ξ是介于0和1之间一个小数，ξ越大代表路由决策灵敏度越低，反之亦然。 

以下进行具体解释说明，每隔时间T1，所有节点发送路由广播报文。广播的路由信息包括：节点ID、路由更新次数C、节点到Sink节点的跳数HOP和NUB值。初始时所有节点C＝1、NUB＝1，Sink节点HOP＝0，其余节点HOP为无穷大。路由广播报文的报头格式如表1所示。 

表1路由广播报文报头格式 

路由广播报文作用距离在1hop范围内，即收到该报文的节点不对该报文进行转发。节点收到邻居节点的路由广播报文后，比较报文中HOP和本地路由表HOP值的大小，如果广播报文中HOP小于当前节点HOP值，则将该节点存放入候选父节点列表，否则放入子节点列表。 

进行第一轮路由更新后，只有Sink邻居节点的候选父节点列表不为空，这些节点根据下述定义1和定义2计算网络不均衡度NUB。并且开始往Sink节点发送数据(发送数据的前提是HOP值不是无穷大，此时只有Sink节点的邻居发送数据给Sink节点)，计算过程如下所述： 

其中： 

定义1.节点的负载不均衡度NUB等于以其为根的子树所包含的节点数之和。其中叶子节点的NUB为1，内部节点的NUB为其所有直接孩子NUB值的和+1。 

定义2.整个网络的负载不均衡度NUB为网络中所有节点NUB值之和。 

第二个T₁时刻到来，网络进行第二轮路由更新，此时距Sink节点距离为2跳的节点其候选父节点列表也不为空，并根据路由尺度值RS的大小从其候选父节点列表中选择父节点转发数据。发送数据过程中，节点对候选父节点进行CQ监控和NC评估，并按下述式(I)计算它的信道质量CQ值、按式(II)计算其父节点性能NC值。每隔T₂周期，节点对每个候选父节点，按式(III)计算其链路可靠性LR值，按式(IV)计算路由性能尺度RS值。在每次发送数据时，均选择RS最小的候选父节点作为直接父节点转发数据。 

$\mathrm{CQ}=\mathrm{\&alpha;}*\left({\mathrm{CQ}}_{\mathrm{pre}}\right)+\mathrm{\&beta;}*\left(\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{CQ}}\right)---\left(I\right);$

其中的信道质量值表示节点和父节点之间一跳数据传输的成功率，CQ_next是预测新一轮的全局信道质量值，CQ_pre代表当前已经获得的全局信道质量值， 

是最近十次数据传输成功率的平均值，α和β均为可调节的常数因子且满足α+β＝1，α，β∈[0，1]。当进行下一轮预测开始时，CQ_pre取当前的CQ值参与运算，依次进行后续信道质量值的预测。 

此处公式进一步说明： 

在实验中取α＝0.38，β＝0.62，并且CQ_pre初始值置为0.5， 

置为1。 

$\mathrm{NC}=1-\frac{\mathrm{HOP}}{{\mathrm{HOP}}_{\max }}---\left(\mathrm{II}\right);$

公式说明：其中的节点性能NC使用节点到Sink节点的跳数来衡量。其中HOP表示节点到Sink节点的跳数，HOP_max表示整个WSN中各节点到sink节点的最大跳数。 

$\mathrm{LR}=\left\{\begin{array}{cc}\mathrm{CQ}+\frac{\mathrm{CQ}}{k_1}\&CenterDot;\mathrm{\&delta;}\&CenterDot;\mathrm{NC}& \mathrm{CQ}<k_1\\ \mathrm{CQ}+\mathrm{\&delta;}\&CenterDot;\mathrm{NC}& \mathrm{CQ}\&Element;[k_1,k_2]\\ \mathrm{CQ}+\frac{Q_{\max }-k_2}{Q_{\max }-\mathrm{CQ}}\&CenterDot;\mathrm{\&delta;}\&CenterDot;\mathrm{NC}& \mathrm{CQ}>k_2\end{array}\right.---\left(\mathrm{III}\right);$

公式说明：其中的LR用来衡量节点选择某条无线链路发送数据至Sink节点时的链路可靠性，它由信道质量CQ和节点性能NC共同决定。Q_max代表信道质量的理想最大值，在实验中具体Q_max＝1.0，k₁和k₂表示信道质量CQ的高、低阈值，实验中取k₁＝0.33，k₂＝0.67。δ是一个调和常数因子，在开发中取δ＝0.43，性能较优。 

RS＝NUB/L     (IV)； 

公式说明：其中的路由尺度RS定量的评价了潜在路由的性能，是节点进行路由决策的直接参考标准，节点从父亲列表中选择RS最小(意味着网络更加均衡，链路更加可靠)作为数据转发父节点。 

这样随着路由更新次数的增加，邻居节点不断交换路由信息，最终网络中所有节点的候选父亲列表均不为空，并根据RS来选择父节点进行数据转发。在转发过程中节点对候选父节点进行CQ监控和NC评估，维护LR的动态变化，同时结合NUB和HOP值，对RS进行更新。 

NUB反映了网络负载的不均衡程度，在WSN网络中各网络节点上传的原始数据量(不含转发数据)是同等量级的，节点的NUB与通过该节点的潜在数据流正相关。某时刻网络拓扑结构如图1所示，虚线表示该时刻父节点的选择。若此时增加一个节点K，如图2左侧所示，一段时间后，路由趋于稳定，NUB如图2右侧所示。 

如式(III)所示，LR反映了从节点到Sink节点的路由链路的可靠性，它是由节点到其父节点的信道质量CQ和其父节点的性能NC共同决定的，且LR与CQ、NC正相关。在正常网络环境下(CQ∈[k₁，k₂])，LR＝CQ+δ·NC。当网络环境变化时，NC对LR的影响也随之变化，网络信道环境较好时(CQ＞k₂)，节点性能NC指标的影响增强；网络环境较差时(CQ＜k₂)，节点性能NC指标的影响减弱。 

如式(V)所示，在计算路由性能尺度RS时，本实施例引入路由切换敏感因子ξ，目的是避免在路由尺度相差不大时在候选父节点之间频繁进行路由切换，造成额外的控制开销。在实际实现中，根据需要调整ξ的大小，达到控制路由切换的灵敏性目的。 

RS＜(1-ξ)·RS    ξ∈(0，1)  (V)； 

公式说明：其中的ξ称为路由决策灵敏度，ξ是介于0和1之间一个小数，ξ越大代表路由决策灵敏度越低，反之亦然。在实验中选择ξ＝0.18。 

WSN的网络拓扑结构是不断变化的，本发明所提出的基于网络均衡的可靠路由方法，在路由维护时，充分考虑了数据传输的可靠性和网络负载的均衡性，得到了较满意的结果。 

算法实现分为三个阶段，第一个阶段是广播路由信息报文；第二个阶段是数据发送；第三个阶段是路由的维护。 

实验结果： 

如图3所示，在实验时，把节点布置在中国科学技术大学苏州研究院亲民楼303的学生公共机房和会议室，通过调节传感器节点的发射功率，构造出一个多跳自组织网络环境，进行路由建立、路由更新和数据转发。由于303学生机房和会议室之间有很多门窗、墙壁、隔板，加上人员走动影响，本实施例采用实验环境是一个相对复杂多变的无线网络环境。本实施例设计了网络规模从10到20不等多组验证实验，实验证明在网络规模为20个节点时数据传输成功率均超过93％，同时取得了较好的网络负载均衡。结果显示此路由算法为无线传感器网络提供了一种兼顾可靠性和均衡性的有效方法，而 且随着网络规模变大，其性能优势越明显。 

本实验中使用的无线传感器节点是基于Freescale公司的MC13211芯片自主开发设计的，当测试床的网络规模为20个节点时，网络负载均衡性统计结果如表2所示。表中的平均距离指节点到Sink节点的平均跳数，因为节点到Sink节点的跳数是动态变化的，因此该距离是一个统计平均量。表中的平均负载贡献率是网络中某节点转发数据量与所有节点转发数据总量的比值，这种统计主要针对中间节点对网络负载的贡献率，即节点对数据转发的贡献率，也是一个统计平均量。一种比较理想的情况就是位于同一拓扑层次的节点的负载贡献率大小相当，说明网络负载分配相对均衡，负载贡献率为0的节点是Sink节点或者路由树中的叶子节点，这些节点不转发数据。通过比较表2中的非叶子节点的负载率，发现到Sink节点的平均距离相等节点的平均负载贡献率相当，证明了很好的负载均衡特性。 

表2网络均衡性统计结果 

通过对实验数据的分析，其网络拓扑如图4所示。图中黑色的实线表示网络状态稳定时所形成的实际路由；绿色的虚线表示两点之间能够连通，但是并没有作为路由链路。其中： 

TE没有作为稳定后的路由链路是因为TE之间的链路通过墙壁，数据传输可靠性低，CQ值很小，并成为影响RS的关键因素，虽然路由建立时T 通过E转发数据(E的负载贡献率为0.23％)，但是路由稳定后，根据路由选择策略，T选择了RS较小的F点作为父节点进行数据转发。 

HG没有作为稳定后的路由链路是因为B的NC优于G的NC，虽然G的NUB值较B的NUB值要小，但通过两者RS的比较，H选择了RS较小的B点作为父节点进行数据转发。 

SM没有作为稳定后的路由链路是因为两者CQ、NC近似相等，通过比较NUB，S选择了RS较小的P点作为父节点进行数据转发。 

本发明实验中使用的无线传感器节点是基于Freescale公司的MC13211芯片自主开发完成。该路由方法为无线传感器网络在实际部署时提供了一种有效的兼顾可靠性和均衡性的方法。综上所述，本发明提供了一种基于网络均衡可靠路由方法，采用本发明后，能够兼顾数据传输的可靠性和网络负载的均衡性，延长了WSN的工作寿命，为WSN提供了一种有效的路由方法。由此可见，本发明具有实质性技术特点和显著的技术进步，其应用前景非常广阔。 

上述实例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人是能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。 

Claims (10)

1. 一种无线传感网络基于节点负载均衡的分布式路由方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：

（1）所有节点按周期T₁发送路由广播报文，将节点自身的路由信息发送给邻居节点；

（2）节点根据接收到的路由广播报文，更新自身的邻居节点列表；

（3）节点根据邻居节点列表内容，对候选父节点列表中各父节点进行信道质量（Channel Quality，CQ）监控和节点性能（Node Capability，NC）评估；

（4）每隔周期T₂，节点根据邻居节点列表计算网络不均衡度（Network UnBalanced，NUB），根据信道质量CQ值和节点性能NC值计算链路可靠性（Link Reliability，LR）；并且基于父节点的不均衡度NUB和链路可靠性LR计算其对应的综合路由尺度（Route Scale，RS），其中T₂<T₁；

（5）节点需要发送数据时，根据候选父节点列表中各父节点的综合路由尺度动态选择最佳路由；当父节点频繁切换时，重复步骤（1）至步骤（5）实现网络路由信息的周期性更新。

2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述方法步骤（1）中使用的路由信息报文格为<节点号ID，路由更新次数C，节点到Sink节点的跳数HOP，网络不均衡度NUB>。

3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述方法步骤（1）中无线传感网络初始化时，所有节点C=0、NUB=1，Sink节点的HOP=0，其余节点HOP值为无穷大。

4. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述方法步骤（2）中更新自身的邻居节点列表步骤是根据报文中HOP和本地路由表HOP值的大小比较结果来进行的；如果广播报文中HOP小于当前节点HOP值，则将该节点存放入候选父节点列表，否则放入子节点列表。

5. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于所述方法步骤（2）中节点的负载不均衡度NUB等于以其为根的子树所包含的节点数之和，其中叶子节点的NUB为1，内部节点的NUB为其所有直接孩子NUB值的和+1，整个网络的负载不均衡度NUB为网络中所有节点的NUB值之和。

6. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于所述方法步骤（3）中候选父节点列表中每一个候选父节点按式（I）计算它的CQ值：

    （I）；

其中信道质量值表示节点和父节点之间一跳数据传输的成功率，CQ是预测当前的全局信道质量值, CQ_pre代表之前已经获得的全局信道质量值， 

是最近十次数据传输成功率的平均值，

和均为可调节的常数因子且满足

；当进行下一轮预测开始时, CQ_pre取当前的CQ值参与运算,依次进行后续信道质量值的预测。

7. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于所述方法步骤（3）中候选父节点列表中每一个候选父节点按式（II）计算它的NC值：

     （II）；

其中HOP表示节点到Sink 节点的跳数，HOP _max 表示整个WSN中各节点到Sink节点的最大跳数。

8. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于所述方法步骤（4）中链路可靠性LR值通过式（III）进行计算：

   （III）；

其中的LR用来衡量节点选择某条无线链路发送数据至Sink节点时的链路可靠性，它由当前的信道质量CQ和节点性能NC共同决定；Q_max代表信道质量的理想最大值，k₁和k₂表示信道质量的高低的两个阈值，

为调和常数因子；综合路由尺度通过式（IV）进行计算：

            （IV）。

9. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于所述方法步骤（5）中当节点要发送数据时，从父节点候选列表中选择RS最小的节点作为此次数据发送的父节点，并监控此次数据发送状态。

10. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于所述方法步骤（5）中节点在候选父节点之间是否进行频繁切换通过路由切换敏感因子来判断；当

满足式（V）时进行路由切换，否则不进行路由切换：

                    （V）；

其中的

称为路由决策灵敏度，

是介于0和1之间的一个小数。

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