CN102857989B - 一种面向移动传感网的自适应路由方法 - Google Patents
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Abstract
一种面向移动传感网的自适应路由方法，该方法通过源节点、中间节点、目的节点的相互联系建立并维护多条路径，实现对源节点数据到目标节点的传输。移动传感网节点在进行路径选择时，首先读取转发列表的节点概率信息，对这些节点进行选择与使用，并通过阙值的限定等策略求解源节点和目的节点之间存在的最佳路径。本发明最大限度地来保证在时间延时最短情况下，尽可能减少能耗消耗，延长移动传感网的寿命，使整个网络更具可靠性和实用性。
Description
技术领域
本发明涉及移动传感网节点的自适应路由方法，利用概率算法解决移动传感网信息传输的长延时与高能耗问题，属于无线传感网技术应用领域。
背景技术
无线传感网是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点通过无线通信方式形成的一个多跳自组织网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，并发送给观察者。无线传感网分为两种：静态传感网和移动传感网，其中移动传感网是通过不可靠的移动节点来收发数据。
数据传播方法和路径选择是无线传感网部署中的关键问题，解决的是如何接收多个传感器节点的数据并将其发送到接收点。它与传统网络的主要区别是对参与节点的能量限制。由于发送可靠数据所需的控制包数量少与部署网络所需时间短是不能同时满足的，那么能源消耗与可靠性如何取得一个平衡成了研究的重点。一个好的路由协议既能保证数据收发的及时性，使网络更可靠，更具实用性，也能有效地利用能源，使网络的寿命增强。已有的一些算法，如DSR,AODV，DSDV都提出了一些解决此问题的方法，但实验证明这些算法并不能完全适应无线传感网具有的独特属性，无线传感网对单一目的节点通过多条路径进行信息传输及传感网络节点变化引起的局部拓扑变化对网络的影响。这些独特属性促进了一些新的方法的引进：数据融合机制。它提供了本地数据集合方法及对网络传播中信息包的数量限制等。数据融合包括分层和簇。簇只适合在静态传感器中使用。在本文中我们采用无分层结构。已有的反向路径传输法、距离向量法等无分层路由协议是以数据为中心，路径的确立是由接收点对发送数据的查询及对能保证数据传输质量的路径进行维护共同决定的。
针对以上信息，本发明提出多路径概率自适应路由方法。该方法在建立路径时首要考虑传输的可靠性，同时兼顾能量消耗；当数据包传输时，多个中继节点会相互合作选择最优的节点来继续传输包，由此建立起多条路径同时转发。
发明内容
技术问题：本发明的目的是提供一种面向移动传感网的自适应路由方法，设计一种面向移动传感网的高速率、低能耗的多路径概率自适应路由方法,选择移动传感网源节点与目的节点间的多条路径对数据进行传输，解决移动传感网信息传输的长延时与高能耗的问题。
技术方案：本发明在移动传感网的信息传输中，根据节点转发概率来选择中间节点，建立起多条路径来完成从源节点到目的节点的数据传输，实现能源消耗与传输效率的最优选择。
移动传感网的节点的自适应路由方法包括以下步骤：
第一阶段：建立网络路径
在一个传输周期内，移动传感网目的节点分别广播一个测试数据包，每个节点当从某一个接口收到第一个来自目的节点的测试包，该节点确认此接口为通往目的节点的最优接口，记录下一跳地址；接收到的第二个接口为次优接口，记录下一跳地址，以此类推；
第二阶段：构建转发列表
步骤2.1：计算每个接口转发概率
用归一法计算出每个节点每个接口发送包至目的节点的概率Pn，将Pn、接口编号以及下一跳地址进行绑定；
步骤2.2：制定转发列表
将Pn以递减方式进行排序并组成一个队列，潜在的转发节点被选择并且存放在转发列表中，该列表决定了接收节点是允许处理的数据包，并有可能转发给该网络的其他部分，如果一个节点收到一个包，但是它不在转发列表内，那么节点将丢弃这个包；
第三阶段：确认转发路径
步骤3.1：设定阈值
设定一个概率阈值，当一个节点收到一个包，且它对应的概率大于这个值，此节点继续转发此包；
步骤3.2：确认转发路径
源节点发送数据包，根据转发列表和设定的阈值选择活跃下一跳，直到目的节点接收到数据包，目的节点在接收到第一个数据包后沿着发送路径逆向返还一个确认数据包；
步骤3.3：设定更新计时器
设定更新计时器，周期性地更新网络拓扑，重新选择路径，实现网络对拓扑改变的自适应及移动传感网中节点间的数据传输。
所述的确认转发路径是指：先通过对路径的测试，确认每条路径的转发时间，在此基础上使用归一法计算出每个接口转发概率，根据所设定的阈值选择出最优的前几条路径转发数据包。
所述实现网络对拓扑改变的自适应及移动传感网中节点间的数据传输是：
（1）基于时间因素的考虑，以最快的速度传递所需的信息，
（2）为保证信息能顺利传递，且考虑能耗的因素，仅选择特定的几条路径进行传递，而不是选择所有路径，
（3）基于拓扑的改变，设定更新计时器，周期性更新拓扑，选择路径转发，自适应拓扑改变。
有益效果：本发明所述的多路径概率自适应路由方法，首先通过对路径的测试，确认每条路径的转发时间，在此基础上使用归一法计算出每个接口转发概率，根据所设定的阈值选择出最优的前几条路径转发数据包。具体来说，本发明所述的方法具有如下的有益效果：
（1）基于时间因素的考虑，以最快的速度传递所需的信息，及时性强。
（2）多条路径同时进行转发，保证了信息传输的可靠性。
（3）为保证信息能顺利传递，且考虑能耗的因素，仅选择特定的几条路径进行传递（而不是选择所有路径）
（4）基于拓扑的改变，设定更新计时器，周期性更新拓扑，选择路径转发，自适应拓扑改变。
附图说明
图1：算法流程图。
图2：实例网络拓扑图。
具体实施方式
一、体系结构
本发明所述的自适应路由方法结构包括各个移动传感网节点的转发概率计算及在此基础上的基于概率算法的自适应路由方法。本发明所面向的移动传感网由3部分组成：
（1）源节点：发送测试数据包以及重要信息数据包。
（2）中间节点：传递数据包，根据阈值确认转发至下一跳的接口。
（3）目的节点：接收源节点发送的数据包，并且回发确认信息。
首先对本发明所述自适应路由方法的几个重要概念做以下说明：
A、转发列表：对于每个节点，都存在一个转发列表，转发列表中记录的是与此节点能直接传输数据的直连节点信息。
B、转发概率：通过每个接口接收到确认信息的时间，做一个归一的计算，时间值越小转发的概率越大。转发概率大意味着该接口相对于概率低的接口优先考虑转发数据。
C、测试数据包：用来确认每条路径的传递效果，测试数据包的信息本身没有实际意义，仅是作为测试作用。
D、不可靠链路的使用：在不可靠链路中，不只一个节点能收到广播的包。它不是仅选择一个节点转发数据包，而是指定所有节点作为转发节点。
E、接口：是一个节点与其他节点间为传输数据建立路径的连接点，是两点间路径的起点和终点。
F、活跃下一跳：数据要到达的下一个转发节点是通过信息包在转发列表中选择的，被称为活跃下一跳。这种机制适用于所有传感网络节点间多条路径的建立和维护。
二、方法流程
第一阶段：建立网络路径
在一个传输周期内，移动传感网目的节点分别广播一个测试数据包，当每个节点从某一个接口收到第一个来自目的节点的测试包，该节点确认此接口为通往目的节点的最优接口，记录下一跳地址；接收到的第二个接口为次优接口，记录下一跳地址，以此类推。
第二阶段：构建转发列表
步骤1：计算每个接口转发概率
用归一法计算出每个节点每个接口发送包至目的节点的概率Pn，将Pn、接口编号以及下一跳地址进行绑定。
步骤2：制定转发列表
按Pn大小进行排序并以递减方式组成一个队列，潜在的转发节点被选择并且存放在转发列表中。该列表决定了接收节点是允许处理的数据包，并有可能转发给该网络的其他部分。如果一个节点收到一个包，但是它不在转发列表内，那么节点将会丢弃这个包。
第三阶段：确认转发路径
步骤1：设定阈值
设定一个概率阈值，当一个节点收到一个包，如果它对应的概率大于这个值，则此节点继续转发此包。
步骤2：确认转发路径
源节点发送数据包，根据转发列表和设定的阈值选择活跃下一跳，直到目的节点接收到数据包。目的节点在接收到第一个数据包后沿着发送路径逆向返回一个确认数据包。
步骤3：设定更新计时器
设定更新计时器，周期性地更新网络拓扑，重新选择路径，实现网络对拓扑改变的自适应及移动传感网中节点间的数据传输。
下面对附图本发明的某些实例作更详细的描述。
根据附图2和附表1，本发明具体的实施方式为：
1）本实例建立了一个由1个源节点、8个中间节点、1个目的节点组成的移动传感网。在一个传输周期内，目的节点分别广播一个测试数据包，每个节点当从某一个接口收到第一个来自目的节点的测试包，该节点确认此接口为通往目的节点的最优接口，记录下一跳地址；接收到的第二个接口为次优接口，记录下一跳地址，以此类推。在本实例中，源节点与A、B、C、D四个节点可直接建立路径传输数据，接口分别对应为接口0，1，2，3。目的节点广播测试数据包，源节点通过接口1，2，3，4先后收到四个包。
2）用归一法计算出每个节点每个接口发送包至目的节点的概率Pn，将Pn、接口编号以及下一跳地址进行绑定。在本实例中，A、B、C、D四个节点对应的节点转发概率为P1>P2>P3>P4。则源节点的转发列表包含A、B、C、D四个点及与之对应的概率，并按从大到小形成队列，如附表1所示。
3)给每一个转发列表设置一个阈值TTL，当成功转发概率大于等于TTL时，此节点可转发，当成功转发概率小于TTL时，此节点不转发，在保证信息尽快传递的同时尽量减少包的转发次数。
4）当目的节点接收到第一个来自源节点发送的信息时，会沿着接收端口逆向发送一个确认数据包给源节点，之后收到相同的数据包则不会再返还确认信息。
5)设定一个Ts的周期，在一个周期内目的节点分别会广播一个测试数据包，进行测试，若网络的拓扑发生改变可以及时更新。
附表1
源节点有邻居节点A、B、C、D的信息。源节点会将列表按概率值排序
Claims (2)
1.一种面向移动传感网的自适应路由方法，其特征在于，先通过对路径的测试，确认每条路径的转发时间，在此基础上使用归一法计算出每个接口转发概率，根据所设定的概率阈值选择出最优的前几条路径转发数据包，该方法具体包括以下步骤：
第一阶段：建立网络路径
在一个传输周期内，移动传感网目的节点分别广播一个测试数据包，每个节点当从某一个接口收到第一个来自目的节点的测试数据包，该节点确认此接口为通往目的节点的最优接口，记录下一跳地址；接收到的第二个接口为次优接口，记录下一跳地址，以此类推；
第二阶段：构建转发列表
步骤2.1：计算每个接口转发概率
用归一法计算出每个节点每个接口发送数据包至目的节点的转发概率Pn，将Pn、接口编号以及下一跳地址进行绑定；
步骤2.2：制定转发列表
将Pn以递减方式进行排序并组成一个队列，潜在的转发节点被选择并且存放在转发列表中，该列表决定接收到一个数据包的节点是否允许处理该数据包，以及是否将该数据包转发给该移动传感网络的其他部分；如果一个节点收到一个数据包，但是该节点不在转发列表内，那么该节点将丢弃该数据包；
第三阶段：确认转发路径
步骤3.1：设定阈值
设定一个概率阈值，当一个节点收到一个数据包，且该节点收到该数据包的接口对应的概率大于该概率阈值，则该节点继续转发该数据包；
步骤3.2：确认转发路径
源节点发送数据包，根据转发列表和设定的阈值选择活跃下一跳，直到目的节点接收到数据包，目的节点在接收到第一个数据包后沿着发送路径逆向返还一个确认数据包；
步骤3.3：设定更新计时器
设定更新计时器，周期性地更新网络拓扑，重新选择路径，实现网络对拓扑改变的自适应及移动传感网中节点间的数据传输。
2.根据权利要求1所述的面向移动传感网的自适应路由方法，其特征在于所述实现网络对拓扑改变的自适应及移动传感网中节点间的数据传输包括：
(1)基于时间因素的考虑，以最快的速度传递所需的信息，
(2)为保证信息能顺利传递，且考虑能耗的因素，仅选择特定的几条路径进行传递，而不是选择所有路径，
(3)基于拓扑的改变，设定更新计时器，周期性更新拓扑，选择路径转发，自适应拓扑改变。
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