CN109788523A - 基于趋势预测的无线传感路由方法、装置、介质、系统、通信节点 - Google Patents

Abstract

本申请提供基于趋势预测的无线传感路由方法、装置、介质、系统、通信节点，所述方法包括：对移动子节点与其父节点进行相对距离趋势预测；若预测所述移动子节点呈远离所述父节点的趋势且存在脱离所述父节点的控制范围的风险时，即令所述移动子节点发送用于寻找潜在父节点的控制包。本申请若预测子节点可能会移动出其父节点的圆形控制范围，则移动节点主动发送DIS控制包来进行拓扑更新，更新其父节点，并在父节点更新后立即广播自己新的DIO控制包。这样可以在第一时间，甚至在发现链路失效之前建立新的可用连接，使网络中链路失效的持续时间尽量短。而当预测节点不会出此范围时，保留RPL原有的trickle timer机制，逐渐增大DIO间隔，以控制能耗。

Description

基于趋势预测的无线传感路由方法、装置、介质、系统、通信 节点

技术领域

本申请涉及无线传感器网络技术领域，特别是涉及基于趋势预测的无线传感路由方法、装置、介质、系统、通信节点。

背景技术

在事故监测和应急救援应用中，部署无线传感网(Wireless Sensor Network，WSN)不仅可以及时采集灾害现场的环境信息及异常报警信息，而且可以将救援人员的生命体征等信息实时传输到指挥中心，对于减少事故的经济损失和保障生命安全都具有重要的意义。由于灾害发生区域通常环境条件十分恶劣，大量基础设施被破坏，这就导致了链路质量差，链路频繁失效等问题，部署在这样环境下的无线传感网被称为低功耗有损网络(Low-Power and Lossy Networks，LLN)。

针对低功耗有损网络，互联网工程任务组IETF的ROLL工作组设计提出了RPL协议，RPL协议是一个IPv6路由协议，提供了可在6LoWPAN(IPv6 over Low Power WirelessPersonal Area Networks)中运行的路由机制。经过实际测试，在LLN网络中RPL协议的性能优于现有的其他路由协议。然而，RPL协议是针对静态网络设计的，考虑的是所有节点都固定的传感器网络。而在实际应用中，例如应急监测、智能医疗等，经常将RPL协议应用在混合网络(同时存在固定节点和移动节点的网络)中。在这种情况下，由于节点的移动，网络的拓扑将会连续地变化，造成大量链路失效，使得采集到的信息难以及时传输到汇聚节点。RPL通过有向无环图(DODAG，Destination Orientated Directed Acyclic Graph)来管理网络拓扑，通过使用trickle timer控制的DIO(DODAG Information Object)控制包来更新网络的拓扑，但没有针对DODAG中的移动节点的任何控制机制。当DODAG中的节点移动时，它很有可能会和目前的父节点失去连接。

在现有的机制中，失去连接的移动节点通过发送DIS(DODAG InformationSolicitation)控制包来寻找周围可以连接的潜在父节点。但是目前的机制存在网络更新不及时，长期连接不到DODAG而导致信息无法传递等问题。

鉴于上述种种问题，本领域亟需相应的解决方案。

申请内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本申请的目的在于提供基于趋势预测的无线传感路由方法、装置、介质、系统、通信节点，用于解决现有技术中的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本申请的第一方面提供一种基于趋势预测的无线传感路由方法，所述方法包括：对移动子节点与其父节点进行相对距离趋势预测；若预测所述移动子节点呈远离所述父节点的趋势且存在脱离所述父节点的控制范围的风险时，即令所述移动子节点发送用于寻找潜在父节点的控制包。

于本申请的第一方面的一些实施例中，所述方法包括：若预测所述移动子节点呈远离所述父节点的趋势且存在脱离所述父节点的控制范围的风险时，还令所述移动子节点将其RANK值设为无穷大。

于本申请的第一方面的一些实施例中，所述方法包括：若预测所述移动子节点呈远离所述父节点的趋势但不存在脱离所述父节点的控制范围的风险时，则加快征集邻居节点信息的频率。

于本申请的第一方面的一些实施例中，所述方法包括：若预测所述移动子节点呈靠近所述父节点的趋势，则基于Trickle算法设定征集邻居节点信息的频率。

于本申请的第一方面的一些实施例中，所述方法包括：在所述父节点为移动节点的情况下，加快对移动子节点与父节点进行相对距离趋势预测的预测频率。

于本申请的第一方面的一些实施例中，所述方法包括：根据所述移动子节点距其父节点的控制范围的边缘的距离与所述移动子节点的移动速度之间的比值，来对移动子节点与其父节点进行相对距离趋势预测；其中，所述移动子节点距其父节点的控制范围的边缘的距离包括所述父节点的控制范围的半径值和所述移动子节点与父节点之间的欧式距离值之间的差值；所述移动子节点的移动速度包括最大移动速度。

于本申请的第一方面的一些实施例中，令按照时间先后顺序计算得到的所述移动子节点脱离其父节点的控制范围的最短时间分别为T_min1和T_min2，且令T_th为用于判断是否存在所述移动子节点脱离所述父节点的控制范围的风险；所述对移动子节点与其父节点进行相对距离趋势预测的方式包括：若T_min2<T_min1且T_min2<T_th，则预测所述移动子节点呈远离所述父节点的趋势且存在脱离所述父节点的控制范围的风险；若T_min2<T_min1且T_min2>T_th，则预测所述移动子节点呈远离所述父节点的趋势但不存在脱离所述父节点的控制范围的风险；若T_min2>T_min1，则预测所述移动子节点呈靠近所述父节点的趋势。

为实现上述目的及其他相关目的，本申请的第二方面提供一种基于趋势预测的无线传感路由装置，所述装置包括：趋势预测模块，用于对移动子节点与其父节点进行相对距离趋势预测；处理模块，用于在所述趋势预测模块预测所述移动子节点呈远离所述父节点的趋势且存在脱离所述父节点的控制范围的风险时，即令所述移动子节点发送用于寻找潜在父节点的控制包。

为实现上述目的及其他相关目的，本申请的第三方面提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述方法。

为实现上述目的及其他相关目的，本申请的第四方面提供一种通信节点，包括：处理器及存储器；所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述通信节点执行所述基于趋势预测的无线传感路由方法。

为实现上述目的及其他相关目的，本申请的第五方面提供一种基于趋势预测的无线传感路由系统，其包括所述通信节点，还包括当前的控制范围覆盖所述通信节点的当前父节点，以及多个邻近但其当前的控制范围不覆盖所述通信节点的潜在父节点。

如上所述，本申请的基于趋势预测的无线传感路由方法、装置、介质、系统、通信节点，具有以下有益效果：本申请使用和父节点的相对位置来进行标定的方法相比于其他使用GPS定位或者RSSI信息定位的方法，成本更低且不易受周围环境中的其他信号的干扰。如果预测在下一时间段内，子节点可能会移动出其父节点的圆形控制范围之外，则移动节点主动发送DIS控制包来进行拓扑更新，更新其父节点，并在父节点更新后立即广播自己新的DIO控制包。这样可以在第一时间，甚至在发现链路失效之前建立新的可用连接，使网络中链路失效的持续时间尽量短。而当预测节点不会出此范围时，保留RPL原有的trickletimer机制，逐渐增大DIO间隔，以控制能耗。

附图说明

图1显示为本申请一实施例中基于趋势预测的无线传感路由方法的流程示意图。

图2显示为本申请一实施例中移动节点趋势预测的示意图。

图3显示为本申请一实施例中基于趋势预测的无线传感路由装置的示意图。

图4显示为本申请一实施例中通信节点的结构示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，在下述描述中，参考附图，附图描述了本申请的若干实施例。应当理解，还可使用其他实施例，并且可以在不背离本申请的精神和范围的情况下进行机械组成、结构、电气以及操作上的改变。下面的详细描述不应该被认为是限制性的，并且本申请的实施例的范围仅由公布的专利的权利要求书所限定。这里使用的术语仅是为了描述特定实施例，而并非旨在限制本申请。空间相关的术语，例如“上”、“下”、“左”、“右”、“下面”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”等，可在文中使用以便于说明图中所示的一个元件或特征与另一元件或特征的关系。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”、“固持”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

再者，如同在本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文中有相反的指示。应当进一步理解，术语“包含”、“包括”表明存在所述的特征、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组，但不排除一个或多个其他特征、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组的存在、出现或添加。此处使用的术语“或”和“和/或”被解释为包括性的，或意味着任一个或任何组合。因此，“A、B或C”或者“A、B和/或C”意味着“以下任一个：A；B；C；A和B；A和C；B和C；A、B和C”。仅当元件、功能或操作的组合在某些方式下内在地互相排斥时，才会出现该定义的例外。

针对低功耗有损网络，互联网工程任务组IETF的ROLL工作组设计提出了RPL协议，RPL协议是一个IPv6路由协议，提供了可在6LoWPAN(IPv6 over Low Power WirelessPersonal Area Networks)中运行的路由机制。

RPL(Routine protocal for Low power and lossy networks)，是为LLN而设计的距离矢量路由协议，基于有向无环图的拓扑概念，通过使用目标函数(Object Funtion，OF)和度量集合构成以目的节点为导向的有向无环图(Destination Oriented DirectedAcyclic Graph，DODAG)。

但是，目前的通信机制仍存在着以下这些问题：

(1)在RPL协议中，并没有定义节点何时和如何发送DIS。在这种情况下，失连的移动节点将会保持现有的父节点，直到收到周围的具有更小的Rank的父节点发来的DIO消息位置。而由于trickle算法的原因，在网络保持稳定之后，DIO的发送间隔会变得非常大，节点可能需要等待很长时间才能收到新的DIO，导致网络更新不及时。

(2)节点只有在收到包含相同或更低Rank值的DIO时才可能会更新现有的父节点。因此还存在着节点发送DIS请求新的父节点，但是由于收到的DIO里的Rank值比之前的父节点高，而导致无法连接新父节点的情况。在这种情况下，会导致节点长期没有可用的父节点，长期连接不到DODAG，信息无法传递。

(3)RPL协议没有规定什么时候应该从父节点集中移除之前的最佳父节点，而是建议采用额外的不可达检测方法。目前提出的不可达检测方法，例如Neighbor Discovery和Bidirectional Forwarding Detection实现起来较为复杂，而hints from lower layersvia Layer 2 triggers方法只适用于特定的MAC层。因此，由于以上问题的存在，目前RPL协议在节点移动的情景下，失连的节点发现与父节点失连的速度慢，发现不可达之后与原父节点断开，与新父节点连接的过程也很慢。这这导致了节点的失连时间长，信息无法及时传递，极大地影响了网络的整体性能。

鉴于现有技术中的种种问题，本申请提供基于趋势预测的无线传感路由方法、装置、介质、系统、通信节点，来有效解决这些技术难题。本申请技术方案的主要思想旨在优化RPL协议的拓扑更新机制，并通过趋势预测的方法，使网络中的移动节点在链路失效之后尽快建立新的连接，甚至在失效之前提前建立新的可用连接，从而提高网络的可靠性，同时控制能耗。下文，将结合具体的实施例来解释说明本申请的技术方案。

如图1所示，展示本申请一实施例中基于趋势预测的无线传感路由方法的流程示意图。

在一些实施方式中，所述方法可应用于控制器，例如：ARM控制器、FPGA控制器、SoC控制器、DSP控制器、或者MCU控制器等等。在一些实施方式中，所述方法也可应用于包括存储器、存储控制器、一个或多个处理单元(CPU)、外设接口、RF电路、音频电路、扬声器、麦克风、输入/输出(I/O)子系统、显示屏、其他输出或控制设备，以及外部端口等组件的计算机；所述计算机包括但不限于如台式电脑、笔记本电脑、平板电脑、智能手机、智能电视、个人数字助理(Personal Digital Assistant，简称PDA)等个人电脑。在另一些实施方式中，所述方法还可应用于服务器，所述服务器可以根据功能、负载等多种因素布置在一个或多个实体服务器上，也可以由分布的或集中的服务器集群构成。

于本实施例中，所述方法包括步骤S11和步骤S12。

在步骤S11中，对移动子节点与其父节点进行相对距离趋势预测。

在一实施例中，根据所述移动子节点距其父节点的控制范围的边缘的距离与所述移动子节点的移动速度之间的比值，来对移动子节点与其父节点进行相对距离趋势预测。其中，所述移动子节点距其父节点的控制范围的边缘的距离包括所述父节点的控制范围的半径值和所述移动子节点与父节点之间的欧式距离值之间的差值；所述移动子节点的移动速度包括最大移动速度。

如图2所示，展示本申请一实施例中移动节点趋势预测的示意图。在本实施例中，父节点21以其自身为圆心可以认为有一个圆形的控制范围，即图1中半径为R的圆形。以节点21为父节点的移动子节点22位于这个控制范围之内，这样就可以通过预测在下一时间段内移动子节点22是否会移动出这个控制范围，进而预测移动子节点22是否需要更换父节点。

结合图2来说明所述移动子节点与其父节点之间的相对距离，具体如下：首先需要设计一个新的定时器算法，用来计算移动子节点22离开当前父节点21的控制范围的时间。每个移动子节点22计算它与当前父节点21之间的欧几里得距离E，再用父节点21的传输范围R减去此欧式距离E得到移动子节点22要离开父节点21的传输范围还需要移动的距离，用d表示。用T_min来表示移动子节点22移动出其父节点21的传输范围所需的最小时间。这个时间取决于节点移动的速度和方向。

在一实施例中，采用轨迹生成模型来模拟节点的移动。所述轨迹生成模型例如可以是Random waypoint mobility model模型、Random Walk Model模型、或者RandomDirection Model模型等等，本申请对此不作限定。

其中，以Random waypoint mobility model移动模型来模拟节点的移动为例，在此模型中，移动子节点随机选取一个目的地，用一个介于0到最大速度V_max之间的随机速度向目的地移动，到达之后静止一段时间，然后向下一个随机目的地移动。因此，移动子节点移动出其父节点的传输范围所需的最小时间T_min可以用以下公式1)来表示：

R表示父节点的控制范围的半径；E表示移动子节点到父节点的欧几里得距离；d表示移动子节点到父节点的控制范围边缘的距离；V_max表示移动子节点移动的最大速度。

在步骤S12中，若预测所述移动子节点呈远离所述父节点的趋势且存在脱离所述父节点的控制范围的风险时，即令所述移动子节点发送用于寻找潜在父节点的控制包。

在一实施例中，令按照时间先后顺序计算得到的所述移动子节点脱离其父节点的控制范围的最短时间分别为T_min1和T_min2，且令T_th为用于判断是否存在所述移动子节点脱离所述父节点的控制范围的风险。

在一实施例中，利用定时器算法计算两次时间，即T_min1和T_min2。在T_min1时间内，DIO控制包的发送频维持现有的Trickle定时器算法的设定。而当第一个定时器到期，也就是经过了T_min1时间之后，节点第二次计算离开父节点所需的最短时间T_min2。通过比较T_min1、T_min2、T_th之间的大小来判断移动子节点与其父节点之间的相对距离趋势预测，其预测结果如下文中的3种情况所示。

趋势预测1)若T_min2<T_min1且T_min2<T_th，则预测所述移动子节点呈远离所述父节点的趋势且存在脱离所述父节点的控制范围的风险，即认为移动子节点即将离开所述父节点的控制范围。

在一实施例中，若预测所述移动子节点呈远离所述父节点的趋势且存在脱离所述父节点的控制范围的风险时，还令所述移动子节点将其RANK值设为无穷大。具体的，若T_min2<T_min1且T_min2<T_th，则移动子节点在DIS控制包中设置一个flag为1，并立即发送，以脱离原有父节点并和新的父节点连接。同时把自己的Rank置为无穷大，便于连接新的父节点。

值得注意的是，在现有的RPL协议中并没有定义节点何时和如何发送DIS，且由于trickle算法的原因，DIO的发送间隔越来越大，节点可能需要等待很长时间才能收到新的DIO，导致网络更新不及时。另外，节点只有在收到包含相同或更低Rank值的DIO时才可能会更新现有的父节点，这就导致节点长期没有可用的父节点，长期连接不到DODAG，信息无法传递。

在本申请的技术方案中，当节点的父节点改变时，立即发送DIO包，广播自己的新Rank并建立新的路径和父子关系。同时，移动节点在发现自己与父节点之间的链路失效后，把自己的Rank置为无穷大，便于连接新的父节点。因此，本申请的技术方案有效的解决了这些难题。

趋势预测2)若T_min2<T_min1且T_min2>T_th，则预测所述移动子节点呈远离所述父节点的趋势但不存在脱离所述父节点的控制范围的风险，即认为虽然移动子节点在远离父节点但不会很快就脱离该父节点。

在一实施例中，若预测所述移动子节点呈远离所述父节点的趋势但不存在脱离所述父节点的控制范围的风险时，则加快征集邻居节点信息的频率。具体的，若T_min2<T_min1且T_min2>T_th，则将DIO间隔重置为I_min，以加快位置的更新。

趋势预测3)若T_min2>T_min1，则预测所述移动子节点呈靠近所述父节点的趋势。于本实施例中，基于Trickle算法设定征集邻居节点信息的频率，即DIO间隔维持原有trickle定时器算法的设定，逐渐增大到I_max。

在一实施例中，在所述父节点为移动节点的情况下，加快对移动子节点与父节点进行相对距离趋势预测的预测频率。判断父节点是否为移动节点的方式包括：从收到的父节点发来的DIO控制包中的信息获悉父节点是否是移动节点。

在一实施例中，若父节点是移动节点，则T_min1和T_min2的值均还需再除以2，这是因为T_min1和T_min2代表的是节点离开父节点的最小时间，因此如果两个节点向着相反的方向移动，会使两者的相对速度达到V_max的两倍。

根据上述的相对距离预测过程，节点可以根据趋势预测的结果主动进行拓扑更新，加快拓扑更新速度。这种使用和父节点的相对位置来进行标定的方法相比于其他使用GPS定位或者RSSI信息定位的方法，成本更低且不易受周围环境中的其他信号的干扰。如果预测在下一时间段内，子节点可能会移动出其父节点的圆形控制范围之外，则移动节点主动发送DIS控制包来进行拓扑更新，更新其父节点，并在父节点更新后立即广播自己新的DIO控制包。这样可以在第一时间，甚至在发现链路失效之前建立新的可用连接，使网络中链路失效的持续时间尽量短。而当预测节点不会出此范围时，保留RPL原有的trickletimer机制，逐渐增大DIO间隔，以控制能耗。

本申请通过优化RPL协议的拓扑更新机制，并结合移动预测进行主动式的拓扑更新，减少了网络中链路失效的持续时间。采用本发明的方法时，节点能够对于移动节点的失连有及时的感应，能尽早的检测到即将到来的节点失连。因此，节点能够在移动节点移动出连接范围之前传递数据包，并在失连之后及时重连。在实际测试中，本发明的方法在同样网络规模下，在节点移动的场景中，包传递率相比原版RPL协议平均提升50％，并且保持能耗低于原版RPL协议。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过计算机程序相关的硬件来完成。前述的计算机程序可以存储于一计算机可读存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

如图3所示，展示本申请一实施例中基于趋势预测的无线传感路由装置的示意图。所述基于趋势预测的无线传感路由装置包括趋势预测模块31和处理模块32。

趋势预测模块31用于对移动子节点与其父节点进行相对距离趋势预测；处理模块32用于在所述趋势预测模块预测所述移动子节点呈远离所述父节点的趋势且存在脱离所述父节点的控制范围的风险时，即令所述移动子节点发送用于寻找潜在父节点的控制包。

在一实施例中，所述处理模块32还用于在所述趋势预测模块预测所述移动子节点呈远离所述父节点的趋势且存在脱离所述父节点的控制范围的风险时，令所述移动子节点将其RANK值设为无穷大。

在一实施例中，所述处理模块32还用于在所述趋势预测模块预测所述移动子节点呈远离所述父节点的趋势但不存在脱离所述父节点的控制范围的风险时，加快征集邻居节点信息的频率。

在一实施例中，所述处理模块32还用于在所述趋势预测模块预测所述移动子节点呈靠近所述父节点的趋势时，基于Trickle算法设定征集邻居节点信息的频率。

在一实施例中，所述处理模块32在所述父节点为移动节点的情况下，加快对移动子节点与父节点进行相对距离趋势预测的预测频率。

在一实施例中，所述处理模块32根据所述移动子节点距其父节点的控制范围的边缘的距离与所述移动子节点的移动速度之间的比值，来对移动子节点与其父节点进行相对距离趋势预测。其中，所述移动子节点距其父节点的控制范围的边缘的距离包括所述父节点的控制范围的半径值和所述移动子节点与父节点之间的欧式距离值之间的差值；所述移动子节点的移动速度包括最大移动速度。

在一实施例中，令按照时间先后顺序计算得到的所述移动子节点脱离其父节点的控制范围的最短时间分别为T_min1和T_min2，且令T_th为用于判断是否存在所述移动子节点脱离所述父节点的控制范围的风险；所述趋势预测模块对移动子节点与其父节点进行相对距离趋势预测的方式包括：若T_min2<T_min1且T_min2<T_th，则预测所述移动子节点呈远离所述父节点的趋势且存在脱离所述父节点的控制范围的风险；若T_min2<T_min1且T_min2>T_th，则预测所述移动子节点呈远离所述父节点的趋势但不存在脱离所述父节点的控制范围的风险；若T_min2>T_min1，则预测所述移动子节点呈靠近所述父节点的趋势。

需要说明的是，本实施例提供的基于趋势预测的无线传感路由装置的实施方式，与上文中提供的基于趋势预测的无线传感路由方法的实施方式类似，故不再赘述。另外需要说明的是，应理解以上装置的各个模块的划分仅仅是一种逻辑功能的划分，实际实现时可以全部或部分集成到一个物理实体上，也可以物理上分开。且这些模块可以全部以软件通过处理元件调用的形式实现；也可以全部以硬件的形式实现；还可以部分模块通过处理元件调用软件的形式实现，部分模块通过硬件的形式实现。例如，处理模块可以为单独设立的处理元件，也可以集成在上述装置的某一个芯片中实现，此外，也可以以程序代码的形式存储于上述装置的存储器中，由上述装置的某一个处理元件调用并执行以上处理模块的功能。其它模块的实现与之类似。此外这些模块全部或部分可以集成在一起，也可以独立实现。这里所述的处理元件可以是一种集成电路，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤或以上各个模块可以通过处理器元件中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。

例如，以上这些模块可以是被配置成实施以上方法的一个或多个集成电路，例如：一个或多个特定集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)，或，一个或多个微处理器(digital signal processor，简称DSP)，或，一个或者多个现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，简称FPGA)等。再如，当以上某个模块通过处理元件调度程序代码的形式实现时，该处理元件可以是通用处理器，例如中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)或其它可以调用程序代码的处理器。再如，这些模块可以集成在一起，以片上系统(system-on-a-chip，简称SOC)的形式实现。

如图4所示，展示本申请一实施例中通信节点的结构示意图。本实例提供的通信节点，包括：处理器41、存储器42、收发器43、通信接口44和系统总线45；存储器42和通信接口44通过系统总线45与处理器41和收发器43连接并完成相互间的通信，存储器42用于存储计算机程序，通信接口44和收发器43用于和其他设备进行通信，处理器41用于运行计算机程序，使通信节点执行如上基于趋势预测的无线传感路由方法的各个步骤。

上述提到的系统总线可以是外设部件互连标准(Peripheral ComponentInterconnect，简称PCI)总线或扩展工业标准结构(Extended Industry StandardArchitecture，简称EISA)总线等。该系统总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。通信接口用于实现数据库访问装置与其他设备(例如客户端、读写库和只读库)之间的通信。存储器可能包含随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM)，也可能还包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。

上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital Signal Processing，简称DSP)、专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit，简称ASIC)、现场可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。

本申请还提供一种未图示的基于趋势预测的无线传感路由系统，其包括上文中所述的通信节点，还包括当前的控制范围覆盖所述通信节点的当前父节点，以及多个邻近但其当前的控制范围不覆盖所述通信节点的潜在父节点。本实施例中无线传感路由系统的实施方式与上文中的无线传感路由方法及装置的实施方式类似，故不再赘述。

综上所述，本申请提供基于趋势预测的无线传感路由方法、装置、介质、系统、通信节点，这种使用和父节点的相对位置来进行标定的方法相比于其他使用GPS定位或者RSSI信息定位的方法，成本更低且不易受周围环境中的其他信号的干扰。如果预测在下一时间段内，子节点可能会移动出其父节点的圆形控制范围之外，则移动节点主动发送DIS控制包来进行拓扑更新，更新其父节点，并在父节点更新后立即广播自己新的DIO控制包。这样可以在第一时间，甚至在发现链路失效之前建立新的可用连接，使网络中链路失效的持续时间尽量短。而当预测节点不会出此范围时，保留RPL原有的trickle timer机制，逐渐增大DIO间隔，以控制能耗。所以，本申请有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本申请的原理及其功效，而非用于限制本申请。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本申请的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本申请所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本申请的权利要求所涵盖。

Claims (17)

1.一种基于趋势预测的无线传感路由方法，其特征在于，包括：

对移动子节点与其父节点进行相对距离趋势预测；

若预测所述移动子节点呈远离所述父节点的趋势且存在脱离所述父节点的控制范围的风险时，即令所述移动子节点发送用于寻找潜在父节点的控制包。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括：

若预测所述移动子节点呈远离所述父节点的趋势且存在脱离所述父节点的控制范围的风险时，还令所述移动子节点将其RANK值设为无穷大。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括：

若预测所述移动子节点呈远离所述父节点的趋势但不存在脱离所述父节点的控制范围的风险时，则加快征集邻居节点信息的频率。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括：

若预测所述移动子节点呈靠近所述父节点的趋势，则基于Trickle算法设定征集邻居节点信息的频率。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括：

在所述父节点为移动节点的情况下，加快对移动子节点与父节点进行相对距离趋势预测的预测频率。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括：

根据所述移动子节点距其父节点的控制范围的边缘的距离与所述移动子节点的移动速度之间的比值，来对移动子节点与其父节点进行相对距离趋势预测；

其中，所述移动子节点距其父节点的控制范围的边缘的距离包括所述父节点的控制范围的半径值和所述移动子节点与父节点之间的欧式距离值之间的差值；所述移动子节点的移动速度包括最大移动速度。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，令按照时间先后顺序计算得到的所述移动子节点脱离其父节点的控制范围的最短时间分别为T_min1和T_min2，且令T_th为用于判断是否存在所述移动子节点脱离所述父节点的控制范围的风险；所述对移动子节点与其父节点进行相对距离趋势预测的方式包括：

若T_min2<T_min1且T_min2<T_th，则预测所述移动子节点呈远离所述父节点的趋势且存在脱离所述父节点的控制范围的风险；

若T_min2<T_min1且T_min2>T_th，则预测所述移动子节点呈远离所述父节点的趋势但不存在脱离所述父节点的控制范围的风险；

若T_min2>T_min1，则预测所述移动子节点呈靠近所述父节点的趋势。

8.一种基于趋势预测的无线传感路由装置，其特征在于，包括：

趋势预测模块，用于对移动子节点与其父节点进行相对距离趋势预测；

处理模块，用于在所述趋势预测模块预测所述移动子节点呈远离所述父节点的趋势且存在脱离所述父节点的控制范围的风险时，即令所述移动子节点发送用于寻找潜在父节点的控制包。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，包括：

所述处理模块还用于在所述趋势预测模块预测所述移动子节点呈远离所述父节点的趋势且存在脱离所述父节点的控制范围的风险时，令所述移动子节点将其RANK值设为无穷大。

10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，包括：

所述处理模块还用于在所述趋势预测模块预测所述移动子节点呈远离所述父节点的趋势但不存在脱离所述父节点的控制范围的风险时，加快征集邻居节点信息的频率。

11.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，包括：

所述处理模块还用于在所述趋势预测模块预测所述移动子节点呈靠近所述父节点的趋势时，基于Trickle算法设定征集邻居节点信息的频率。

12.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，包括：

所述处理模块在所述父节点为移动节点的情况下，加快对移动子节点与父节点进行相对距离趋势预测的预测频率。

13.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，包括：

所述处理模块根据所述移动子节点距其父节点的控制范围的边缘的距离与所述移动子节点的移动速度之间的比值，来对移动子节点与其父节点进行相对距离趋势预测；

其中，所述移动子节点距其父节点的控制范围的边缘的距离包括所述父节点的控制范围的半径值和所述移动子节点与父节点之间的欧式距离值之间的差值；所述移动子节点的移动速度包括最大移动速度。

14.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，令按照时间先后顺序计算得到的所述移动子节点脱离其父节点的控制范围的最短时间分别为T_min1和T_min2，且令T_th为用于判断是否存在所述移动子节点脱离所述父节点的控制范围的风险；所述趋势预测模块对移动子节点与其父节点进行相对距离趋势预测的方式包括：

若T_min2<T_min1且T_min2<T_th，则预测所述移动子节点呈远离所述父节点的趋势且存在脱离所述父节点的控制范围的风险；

若T_min2<T_min1且T_min2>T_th，则预测所述移动子节点呈远离所述父节点的趋势但不存在脱离所述父节点的控制范围的风险；

若T_min2>T_min1，则预测所述移动子节点呈靠近所述父节点的趋势。

15.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述基于趋势预测的无线传感路由方法。

16.一种通信节点，其特征在于，包括：处理器及存储器；

所述存储器用于存储计算机程序；

所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述通信节点执行如权利要求1至7中任一项所述基于趋势预测的无线传感路由方法。

17.一种基于趋势预测的无线传感路由系统，其特征在于，包括如权利要求16所述的通信节点，还包括当前的控制范围覆盖所述通信节点的当前父节点，以及多个邻近但其当前的控制范围不覆盖所述通信节点的潜在父节点。