CN110324876A - 一种基于纳米网络节点能量感知的分簇路由方法 - Google Patents

一种基于纳米网络节点能量感知的分簇路由方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110324876A
CN110324876A CN201910535057.4A CN201910535057A CN110324876A CN 110324876 A CN110324876 A CN 110324876A CN 201910535057 A CN201910535057 A CN 201910535057A CN 110324876 A CN110324876 A CN 110324876A
Authority
CN
China
Prior art keywords
nanometer
aggregation node
nodes
data packet
node
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201910535057.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110324876B (zh
Inventor
姚信威
吴叶晨歌
王超超
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhejiang University of Technology ZJUT
Original Assignee
Zhejiang University of Technology ZJUT
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhejiang University of Technology ZJUT filed Critical Zhejiang University of Technology ZJUT
Priority to CN201910535057.4A priority Critical patent/CN110324876B/zh
Publication of CN110324876A publication Critical patent/CN110324876A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110324876B publication Critical patent/CN110324876B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L45/00—Routing or path finding of packets in data switching networks
    • H04L45/46—Cluster building
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W40/00—Communication routing or communication path finding
    • H04W40/02—Communication route or path selection, e.g. power-based or shortest path routing
    • H04W40/04—Communication route or path selection, e.g. power-based or shortest path routing based on wireless node resources
    • H04W40/10—Communication route or path selection, e.g. power-based or shortest path routing based on wireless node resources based on available power or energy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Data Exchanges In Wide-Area Networks (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

本发明涉及一种基于纳米网络节点能量感知的分簇路由方法，在纳米网关广播初始化数据包，汇聚节点收到初始化数据包后广播统计消息进行关联纳米节点数量的统计并广播分簇数据包，关联纳米节点接收到统计消息后返回确认消息，汇聚节点基于此统计邻居纳米节点的数量，更新初始化数据包并向下一个汇聚节点广播，关联纳米节点同时将分簇数据包向下一个纳米节点进行广播；完成分簇并进行数据传输。本发明的基于节点能量感知的分簇路由方法可以一定程度上限制纳米节点到汇聚节点传输的范围，并且提高汇聚节点到纳米网关的传输能效和可靠性，使得该路由方法可以在节点运算能力和能量有限、节点密度高的纳米网络中有效运作。

Description

一种基于纳米网络节点能量感知的分簇路由方法
技术领域
本发明涉及通信路由或通信路径查找的技术领域，特别涉及一种基于纳米网络节点能量感知的分簇路由方法。
背景技术
纳米网络是一种由纳米节点——如纳米机器人、纳米传感器等——与多种纳米设备组成的新型网络。
纳米节点由多个纳米单元组成，包括纳米天线、纳米传感单元、纳米处理器等，其尺寸在几百纳米到几微米之间；这其中，纳米机器人还装有微型摄像机、微型“手指”、用于移动的尾巴等，可以在人体内灵活地完成各种工作，而由于纳米传感节点极其微小，因此其对物质的监测更加精准，可以完成传统传感器节点无法完成地工作。由于纳米节点和纳米网络的新特性，使其可以被广泛地应用在生物、医药、化学、军事和工业领域中，比如纳米机器人可以在血管中寻找沉积于静脉血管壁上的胆固醇，然后将它们一一分解，或者精确找到并杀死癌细胞；纳米传感器可以探测分子级的化合物和一些传染性病原体的纳米监测系统、可以实现智能的人体内部健康监测系统等等。
纳米技术的发展和太赫兹通信频段的利用，极大地推动了纳米节点通信领域的发展。一方面，纳米技术的发展使得制作纳米级的处理器、存储单元、电池等成为可能，另一方面，石墨烯的发明使得制造原子级精度的纳米天线成为可能，使得纳米节点可以使用太赫兹频段(Terahertz，0.1-10.0THz)进行通信。
目前，有许多学者提出了新的通信技术以适应纳米节点的特性，比如信道模型、飞秒级的通信技术等，但是仍然有很多工作需要开展，比如媒体访问控制(Media AccessControl，MAC)协议的制定、路由协议的制定等。在设计路由协议时，纳米节点的能量存储极其有限，必须采用能量捕获技术保证纳米节点存活足够久的时间，然而，能量捕获会导致节点能量的波动，因此在进行数据传输时必须尽可能选择剩余能量多的节点进行数据的转发，保证数据传输的可靠性；除此之外，在纳米网络中，纳米节点的运算能力和存储能力都十分有限，因此，必须设计尽可能简单、高效的路由协议，保证准确传输的同时尽可能降低对能量和运算能力的要求。
以上这些原因都导致传统无线传感器网络中的路由协议无法直接应用于纳米网络中，所以亟需设计一种新的路由协议来保证纳米节点之间的信息传输。
发明内容
本发明解决了现有技术中，纳米节点的能量存储极其有限，而能量捕获会导致节点能量的波动，且在纳米网络中，纳米节点的运算能力和存储能力都十分有限，进而导致的传统无线传感器网络中的路由协议无法直接应用于纳米网络中的问题，提供了一种优化的基于纳米网络节点能量感知的分簇路由方法。
本发明所采用的技术方案是，一种基于纳米网络节点能量感知的分簇路由方法，所述纳米网络包括位于中心的纳米网关，所述纳米网关外关联若干汇聚节点，任一汇聚节点外关联若干纳米节点；
所述方法包括以下步骤：
步骤1：纳米网关广播初始化数据包；
步骤2：汇聚节点收到初始化数据包，广播统计消息进行关联纳米节点数量的统计，同时广播分簇数据包；
步骤3：关联纳米节点接收到统计消息，返回确认消息，汇聚节点通过返回的确认消息数量统计邻居纳米节点的数量N，更新初始化数据包，并向下一个汇聚节点广播；
步骤4：关联纳米节点同时将分簇数据包向下一个纳米节点进行广播；完成分簇；
步骤5：基于当前分簇结果进行数据传输。
优选地，所述步骤1中，初始化数据包括允许跳数Hops、累计邻居纳米节点数量CumN及生存时间TTL1。
优选地，所述步骤2中，汇聚节点包含发送者ID、数据包类型，其生存时间TTL2为1。
优选地，所述步骤3中，更新初始化数据包，并向下一个汇聚节点广播包括以下步骤：
步骤3.1：将累计邻居纳米节点数量CumN和N相加，作为初始化数据包中新的累计邻居纳米节点数量CumN，并保存；
步骤3.2：将初始化数据包中的跳数Hops加1，向下一个距离的汇聚节点广播初始化数据包。
优选地，所述步骤2中，分簇数据包包括到纳米网关的跳数Hops和分簇序号Cluster。
优选地，所述分簇序号Cluster为汇聚节点的ID。
优选地，步骤4中，分簇包括以下步骤：
步骤4.1：纳米节点接收到分簇数据包时保存跳数Hops和分簇序号Cluster；
步骤4.2：纳米节点将分簇数据包中的跳数Hops加1，向下一个距离的纳米节点广播；
步骤4.3：任一纳米节点选择到纳米网关跳数最小的汇聚节点为中心进行分簇。
优选地，所述步骤5包括以下步骤：
步骤5.1：任一纳米节点产生并广播一个数据包，只有跳数Hops比当前纳米节点小且处于同一分簇的纳米节点进行转发，直至传输到汇聚节点，数据包的TTL设置为该纳米节点到纳米网关的跳数；
步骤5.2：当汇聚节点接收到数据包，先发送一个TTL为1的询问消息，由距其1个Hops的周围汇聚节点接收所述询问消息；
步骤5.3：所述周围汇聚节点接收到询问消息，若周围汇聚节点距离纳米网关的跳数比需要发送数据包的汇聚节点更小且剩余能量足以发送数据包，则进行能效评估，否则直接丢弃询问消息；
步骤5.4：周围汇聚节点反馈能效评估结果至需要发送数据包的汇聚节点；
步骤5.5：需要发送数据包的汇聚节点在发送询问消息后等待设定时间后，选择等待的时间内收到的能效评估选择任一汇聚节点作为下一跳的节点，发送数据包，完成数据传输。
优选地，所述步骤5.3中，能效评估为计算能效指数CEE， 其中，ERES为所述周围汇聚节点的能量，ET为发送数据包需要消耗的能量，Hops为到纳米网关的跳数，CumN为传输路径累计的邻居纳米节点数量，α为权衡剩余能量和传输路径能耗的系数，函数为将数据单位统一的规范化函数。
优选地，步骤5.4中，任一周围汇聚节点计算完能效指数CEE后，回复一个包括能效指数CEE及所述周围汇聚节点的节点ID的能效数据包。
本发明提供了一种优化的基于纳米网络节点能量感知的分簇路由方法，通过在纳米网关广播初始化数据包，汇聚节点收到初始化数据包后，广播统计消息进行关联纳米节点数量的统计并广播分簇数据包，关联纳米节点接收到统计消息后返回确认消息，汇聚节点基于此统计邻居纳米节点的数量，更新初始化数据包并向下一个汇聚节点广播，关联纳米节点同时将分簇数据包向下一个纳米节点进行广播；完成分簇并进行数据传输。
本发明在纳米网络中采用一种简单、轻量的路由协议，达到节点之间通信更节能、高效的目的；本发明基于节点能量感知进行分簇路由，限制纳米节点到汇聚节点之间传输范围，汇聚节点到纳米网关以单路径的方式传输，以减少通信的能耗，通过权衡剩余能量和传输路径能耗，使得数据通信更可靠、节能；在纳米节点到汇聚节点之间传输中，数据包只能以最小跳数传输到汇聚节点，使得数据传输被限制在一定范围内；在汇聚节点到纳米网关的传输中，需要发送数据包的汇聚节点首先发送询问消息，在其一跳范围内且距离纳米网关更近的其他汇聚节点计算能效指数，并发回当前汇聚节点，当前汇聚节点选择能效指数最高的汇聚节点发送数据，直到发送到纳米网关，降低了数据传输的能耗，增强了数据传输的可靠性。
本发明针对汇聚节点和纳米节点的运算能力不同、汇聚节点发送数据包会造成周围纳米节点消耗能量的特点进行设计，基于节点能量感知的分簇路由方法可以一定程度上限制纳米节点到汇聚节点传输的范围，并且提高汇聚节点到纳米网关的传输能效和可靠性，使得该路由方法可以在节点运算能力和能量有限、节点密度高的纳米网络中有效运作。
附图说明
图1为本发明中汇聚节点初始化的结果图，其中，方块为纳米网关、圆点为汇聚节点，每一虚线圆环为一跳的范围；
图2为本发明中纳米节点的分簇原理图，其中，Ri和Rj为汇聚节点，每一虚线圆环为一跳的范围，汇聚节点Ri和Rj到纳米网关的跳数分别为n和n+1，交叉区域内的圆点为纳米节点；
图3为本发明中纳米节点M到汇聚节点Rx和Ry的数据传输原理图，其中，实线圆为纳米节点M一跳的范围；
图4为本发明中纳米节点到汇聚节点数据传输范围图，其中，虚线圆环中心的圆点为汇聚节点，虚线圆环外环的圆点为纳米节点M，与虚线圆环交叉的范围为数据传输范围；
图5为本发明中汇聚节点间数据传输原理图，其中，分散在虚线圆环区域内的圆点为汇聚节点，空心圆点为汇聚节点Rx，以Rx为圆心的实线圆为Rx一跳的范围，2个实心黑点为需要进行能效指数计算的汇聚节点。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细描述，但本发明的保护范围并不限于此。
本发明涉及一种基于纳米网络节点能量感知的分簇路由方法，所述纳米网络包括位于中心的纳米网关，所述纳米网关外关联若干汇聚节点，任一汇聚节点外关联若干纳米节点。
本发明中，纳米网络由三种节点组成，分别为纳米网关、汇聚节点和纳米节点。
本发明中，纳米节点用于产生传感数据，由于其纳米级的体积限制，纳米节点的运算能力和存储能力都非常低，同时能量存储也非常少；汇聚节点拥有比纳米节点更大的体积，同时拥有更强的运算能力和存储能力，以及更多的能量存储，故作为每个分簇的簇头；而纳米网关作为纳米网络的最高层节点处于在该结构的中心，作为收集传感数据并与普通网络进行通信的设备。
本发明中，所有的纳米节点将信息发送到所属分簇的汇聚节点，然后由汇聚节点将信息传输到纳米网关；由于汇聚节点是通过广播的形式转发数据到纳米网关，每次汇聚节点广播数据包会使得大量的邻居纳米节点接收数据包而导致不必要的能量消耗，故选择周围纳米节点数量少的汇聚节点进行数据的转发，从而提高能量利用效率。
本发明中，路由方法主要包括两个阶段，分簇阶段和数据传输阶段。
本发明中，在分簇阶段，纳米网关向周围的汇聚节点广播初始化数据包，初始化数据包中包含到纳米网关的跳数和传输路径累计的邻居纳米节点数量，汇聚节点收到数据包后，将到纳米网关的跳数加1并将自身一跳范围内的邻居纳米节点的数量更新到初始化数据包中，并继续向外广播该初始化数据包，为每个汇聚节点设置到纳米网关的跳数和传输路径累计的邻居纳米节点数量。汇聚节点收到初始化数据包的同时，开始对周围的纳米节点进行分簇，汇聚节点向周围的纳米节点广播一个分簇数据包，分簇数据包中包含到纳米网关的跳数和分簇序号，其中分簇序号设置为汇聚节点的节点ID。纳米节点收到该数据包后设置到纳米网关的跳数和分簇序号，然后对数据包中的跳数加1，并继续向外广播该分簇数据包；纳米节点可能会收到来自多个汇聚节点的分簇数据包，选择到纳米网关跳数最小的汇聚节点为中心进行分簇。
本发明中，在数据传输阶段，纳米节点产生数据包并进行广播，只有在同一簇中，且离汇聚节点更近的纳米节点会帮助转发这一数据包，将数据传输限制在一定范围内；数据包到达汇聚节点后，汇聚节点通过权衡节点能量和传输路径累计的邻居纳米节点数量决定下一跳汇聚节点。
所述方法包括以下步骤。
步骤1：纳米网关广播初始化数据包。
所述步骤1中，初始化数据包括允许跳数Hops、累计邻居纳米节点数量CumN及生存时间TTL1。
本发明中，TTL1一般为设为20。
步骤2：汇聚节点收到初始化数据包，广播统计消息进行关联纳米节点数量的统计，同时广播分簇数据包。
所述步骤2中，汇聚节点包含发送者ID、数据包类型，其生存时间TTL2为1。
所述步骤2中，分簇数据包包括到纳米网关的跳数Hops和分簇序号Cluster。
本发明中，汇聚节点收到初始化数据包后，保存到纳米网关的跳数Hops。
本发明中，由于不需要纳米节点对其进行转发，故TTL2被设置为1。
步骤3：关联纳米节点接收到统计消息，返回确认消息，汇聚节点通过返回的确认消息数量统计邻居纳米节点的数量N，更新初始化数据包，并向下一个汇聚节点广播。
所述步骤3中，更新初始化数据包，并向下一个汇聚节点广播包括以下步骤：
步骤3.1：将累计邻居纳米节点数量CumN和N相加，作为初始化数据包中新的累计邻居纳米节点数量CumN，并保存；
步骤3.2：将初始化数据包中的跳数Hops加1，向下一个距离的汇聚节点广播初始化数据包。
本发明中，步骤3.1中，保存新的累计邻居纳米节点数量CumN和到纳米网关的跳数Hops。
本发明中，汇聚节点也需要保存跳数Hops，一是发送的分簇数据包中需要跳数Hops以给纳米节点设置到纳米网关的跳数，二是在后续的步骤5.3中，用于判断周围汇聚节点是否比汇聚节点离纳米网关更近。
本发明中，如图1所示，汇聚节点设置完跳数后，由于节点密度较大，初始化结果近似汇聚节点根据到纳米网关的距离形成圆环区域。
步骤4：关联纳米节点同时将分簇数据包向下一个纳米节点进行广播；完成分簇。
步骤4中，分簇包括以下步骤：
步骤4.1：纳米节点接收到分簇数据包时保存跳数Hops和分簇序号Cluster；
步骤4.2：纳米节点将分簇数据包中的跳数Hops加1，向下一个距离的纳米节点广播；
步骤4.3：任一纳米节点选择到纳米网关跳数最小的汇聚节点为中心进行分簇。
所述分簇序号Cluster为汇聚节点的ID。
本发明中，分簇序号Cluster设置为汇聚节点节点ID，便于对纳米节点进行分簇。
本发明中，纳米节点可能会收到来自多个汇聚节点的分簇数据包，选择到纳米网关跳数最小的汇聚节点为中心进行分簇。
本发明中，如图2所示，汇聚节点Ri和Rj到纳米网关的跳数分别为n和n+1，如果交叉区域内的纳米节点先接收到Rj发送的分簇数据包，其跳数就被设置为n+5，归属Rj的分簇，等接收到Ri发送的分簇数据包时，其跳数就会重新设置为n+4，并归属到Ri的分簇；如果交叉区域内的纳米节点先接收到Ri发送的分簇数据包，当接收到Rj发送的分簇数据包时就会直接丢弃。
步骤5：基于当前分簇结果进行数据传输。
所述步骤5包括以下步骤：
步骤5.1：任一纳米节点产生并广播一个数据包，只有跳数Hops比当前纳米节点小且处于同一分簇的纳米节点进行转发，直至传输到汇聚节点，数据包的TTL设置为该纳米节点到纳米网关的跳数；
步骤5.2：当汇聚节点接收到数据包，先发送一个TTL为1的询问消息，由距其1个Hops的周围汇聚节点接收所述询问消息；
步骤5.3：所述周围汇聚节点接收到询问消息，若周围汇聚节点距离纳米网关的跳数比需要发送数据包的汇聚节点更小且剩余能量足以发送数据包，则进行能效评估，否则直接丢弃询问消息；
所述步骤5.3中，能效评估为计算能效指数CEE， 其中，ERES为所述周围汇聚节点的能量，ET为发送数据包需要消耗的能量，Hops为到纳米网关的跳数，CumN为传输路径累计的邻居纳米节点数量，α为权衡剩余能量和传输路径能耗的系数，函数为将数据单位统一的规范化函数。
步骤5.4：周围汇聚节点反馈能效评估结果至需要发送数据包的汇聚节点；
步骤5.4中，任一周围汇聚节点计算完能效指数CEE后，回复一个包括能效指数CEE及所述周围汇聚节点的节点ID的能效数据包。
步骤5.5：需要发送数据包的汇聚节点在发送询问消息后等待设定时间后，选择等待的时间内收到的能效评估选择任一汇聚节点作为下一跳的节点，发送数据包，完成数据传输。
本发明中，如图3所示，纳米节点M属于分簇Rx，当纳米节点M产生并广播一个数据包，只有跳数Hops比纳米节点M小且同一分簇的纳米节点会帮助进行转发，直到传输到汇聚节点，数据包的TTL设置为该纳米节点到纳米网关的跳数，即图3中只有纳米节点与Rx重叠部分的节点会转发纳米节点M发送的数据包。
本发明中，虽然每次传输都可能会有多个下一跳节点，随着跳数减少，参与转发的节点数量因此变多，但是越靠近汇聚节点，纳米节点的数量会越来越少，所以最后数据传输会被限制在图4所示的实线区域。
本发明中，步骤5.3只有满足这个要求的汇聚节点才会参与到能效评估，不满足的话就不做出任何反应了。
本发明中，α这个系数需要根据具体的网络进行调整，在不同的环境、节点密度、拓扑结构等情况下，合适的系数大小是不同的。
本发明中，因为纳米节点接收数据包也要消耗能量，故传输路径累计的邻居纳米节点数量可视为传输路径的能耗。
本发明中，图5展示了汇聚节点间数据传输原理。首先，当汇聚节点Rx需要传输数据包，它会先发送一个ADV消息，在其一跳范围内的汇聚节点会接收到ADV消息，不进行转发，其中跳数比Rx小的汇聚节点会成为下一跳的候选节点，其次，当候选节点接收到ADV消息后，如果剩余能量足以发送数据包，则进行能效指数CEE的计算，当候选节点计算完能效指数CEE后，会回复一个ACK数据包，其中包括能效指数CEE，当汇聚节点Rx收到所有ACK数据包，选择能效指数CEE最大的候选节点作为下一跳节点，并发送数据包。
本发明通过在纳米网关广播初始化数据包，汇聚节点收到初始化数据包后，广播统计消息进行关联纳米节点数量的统计并广播分簇数据包，关联纳米节点接收到统计消息后返回确认消息，汇聚节点基于此统计邻居纳米节点的数量，更新初始化数据包并向下一个汇聚节点广播，关联纳米节点同时将分簇数据包向下一个纳米节点进行广播；完成分簇并进行数据传输。
本发明在纳米网络中采用一种简单、轻量的路由协议，达到节点之间通信更节能、高效的目的；本发明基于节点能量感知进行分簇路由，限制纳米节点到汇聚节点之间传输范围，汇聚节点到纳米网关以单路径的方式传输，以减少通信的能耗，通过权衡剩余能量和传输路径能耗，使得数据通信更可靠、节能；在纳米节点到汇聚节点之间传输中，数据包只能以最小跳数传输到汇聚节点，使得数据传输被限制在一定范围内；在汇聚节点到纳米网关的传输中，需要发送数据包的汇聚节点首先发送询问消息，在其一跳范围内且距离纳米网关更近的其他汇聚节点计算能效指数，并发回当前汇聚节点，当前汇聚节点选择能效指数最高的汇聚节点发送数据，直到发送到纳米网关，降低了数据传输的能耗，增强了数据传输的可靠性。
本发明针对汇聚节点和纳米节点的运算能力不同、汇聚节点发送数据包会造成周围纳米节点消耗能量的特点进行设计，基于节点能量感知的分簇路由方法可以一定程度上限制纳米节点到汇聚节点传输的范围，并且提高汇聚节点到纳米网关的传输能效和可靠性，使得该路由方法可以在节点运算能力和能量有限、节点密度高的纳米网络中有效运作。

Claims (10)

1.一种基于纳米网络节点能量感知的分簇路由方法，其特征在于：所述纳米网络包括位于中心的纳米网关，所述纳米网关外关联若干汇聚节点，任一汇聚节点外关联若干纳米节点；
所述方法包括以下步骤：
步骤1：纳米网关广播初始化数据包；
步骤2：汇聚节点收到初始化数据包，广播统计消息进行关联纳米节点数量的统计，同时广播分簇数据包；
步骤3：关联纳米节点接收到统计消息，返回确认消息，汇聚节点通过返回的确认消息数量统计邻居纳米节点的数量N，更新初始化数据包，并向下一个汇聚节点广播；
步骤4：关联纳米节点同时将分簇数据包向下一个纳米节点进行广播；完成分簇；
步骤5：基于当前分簇结果进行数据传输。
2.根据权利要求1所述的一种基于纳米网络节点能量感知的分簇路由方法，其特征在于：所述步骤1中，初始化数据包括允许跳数Hops、累计邻居纳米节点数量CumN及生存时间TTL1。
3.根据权利要求1所述的一种基于纳米网络节点能量感知的分簇路由方法，其特征在于：所述步骤2中，汇聚节点包含发送者ID、数据包类型，其生存时间TTL2为1。
4.根据权利要求3所述的一种基于纳米网络节点能量感知的分簇路由方法，其特征在于：所述步骤3中，更新初始化数据包，并向下一个汇聚节点广播包括以下步骤：
步骤3.1：将累计邻居纳米节点数量CumN和N相加，作为初始化数据包中新的累计邻居纳米节点数量CumN，并保存；
步骤3.2：将初始化数据包中的跳数Hops加1，向下一个距离的汇聚节点广播初始化数据包。
5.根据权利要求1所述的一种基于纳米网络节点能量感知的分簇路由方法，其特征在于：所述步骤2中，分簇数据包包括到纳米网关的跳数Hops和分簇序号Cluster。
6.根据权利要求5所述的一种基于纳米网络节点能量感知的分簇路由方法，其特征在于：所述分簇序号Cluster为汇聚节点的ID。
7.根据权利要求5所述的一种基于纳米网络节点能量感知的分簇路由方法，其特征在于：步骤4中，分簇包括以下步骤：
步骤4.1：纳米节点接收到分簇数据包时保存跳数Hops和分簇序号Cluster；
步骤4.2：纳米节点将分簇数据包中的跳数Hops加1，向下一个距离的纳米节点广播；
步骤4.3：任一纳米节点选择到纳米网关跳数最小的汇聚节点为中心进行分簇。
8.根据权利要求1所述的一种基于纳米网络节点能量感知的分簇路由方法，其特征在于：所述步骤5包括以下步骤：
步骤5.1：任一纳米节点产生并广播一个数据包，只有跳数Hops比当前纳米节点小且处于同一分簇的纳米节点进行转发，直至传输到汇聚节点，数据包的TTL设置为该纳米节点到纳米网关的跳数；
步骤5.2：当汇聚节点接收到数据包，先发送一个TTL为1的询问消息，由距其1个Hops的周围汇聚节点接收所述询问消息；
步骤5.3：所述周围汇聚节点接收到询问消息，若周围汇聚节点距离纳米网关的跳数比需要发送数据包的汇聚节点更小且剩余能量足以发送数据包，则进行能效评估，否则直接丢弃询问消息；
步骤5.4：周围汇聚节点反馈能效评估结果至需要发送数据包的汇聚节点；
步骤5.5：需要发送数据包的汇聚节点在发送询问消息后等待设定时间后，选择等待的时间内收到的能效评估选择任一汇聚节点作为下一跳的节点，发送数据包，完成数据传输。
9.根据权利要求8所述的一种基于纳米网络节点能量感知的分簇路由方法，其特征在于：所述步骤5.3中，能效评估为计算能效指数CEE，其中，ERES为所述周围汇聚节点的能量，ET为发送数据包需要消耗的能量，Hops为到纳米网关的跳数，CumN为传输路径累计的邻居纳米节点数量，α为权衡剩余能量和传输路径能耗的系数，函数为将数据单位统一的规范化函数。
10.根据权利要求9所述的一种基于纳米网络节点能量感知的分簇路由方法，其特征在于：步骤5.4中，任一周围汇聚节点计算完能效指数CEE后，回复一个包括能效指数CEE及所述周围汇聚节点的节点ID的能效数据包。
CN201910535057.4A 2019-06-20 2019-06-20 一种基于纳米网络节点能量感知的分簇路由方法 Active CN110324876B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910535057.4A CN110324876B (zh) 2019-06-20 2019-06-20 一种基于纳米网络节点能量感知的分簇路由方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910535057.4A CN110324876B (zh) 2019-06-20 2019-06-20 一种基于纳米网络节点能量感知的分簇路由方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110324876A true CN110324876A (zh) 2019-10-11
CN110324876B CN110324876B (zh) 2021-01-12

Family

ID=68121048

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910535057.4A Active CN110324876B (zh) 2019-06-20 2019-06-20 一种基于纳米网络节点能量感知的分簇路由方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110324876B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114710820A (zh) * 2022-02-23 2022-07-05 浙江工业大学 一种适用于纳米网络的流引导机会路由方法

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101360051A (zh) * 2008-07-11 2009-02-04 西安电子科技大学 一种能量高效的无线传感器网络路由方法
US7920512B2 (en) * 2007-08-30 2011-04-05 Intermec Ip Corp. Systems, methods, and devices that dynamically establish a sensor network
CN102740395A (zh) * 2012-07-12 2012-10-17 南京邮电大学 一种面向移动传感器网络的自组织路由方法
CN103298054A (zh) * 2013-06-04 2013-09-11 四川大学 一种基于节点深度的无线传感器网络分簇路由协议
CN103916928A (zh) * 2014-04-11 2014-07-09 安徽理工大学 一种无线传感器网络非均匀分簇拓扑监控方法及装置
CN104093188A (zh) * 2014-07-18 2014-10-08 东北电力大学 一种无线传感器网络簇头选举新方法
CN105764114A (zh) * 2016-04-19 2016-07-13 浙江理工大学 一种基于能耗均衡的水下无线传感器网络拓扑控制方法
CN106028398A (zh) * 2016-06-21 2016-10-12 俞潮军 一种基于能耗均衡的水下无线传感器网络拓扑控制方法
KR101701951B1 (ko) * 2015-08-25 2017-02-02 아주대학교 산학협력단 센서 네트워크에서의 최적 클러스터 개수 결정 방법 및 장치

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7920512B2 (en) * 2007-08-30 2011-04-05 Intermec Ip Corp. Systems, methods, and devices that dynamically establish a sensor network
CN101360051A (zh) * 2008-07-11 2009-02-04 西安电子科技大学 一种能量高效的无线传感器网络路由方法
CN102740395A (zh) * 2012-07-12 2012-10-17 南京邮电大学 一种面向移动传感器网络的自组织路由方法
CN103298054A (zh) * 2013-06-04 2013-09-11 四川大学 一种基于节点深度的无线传感器网络分簇路由协议
CN103916928A (zh) * 2014-04-11 2014-07-09 安徽理工大学 一种无线传感器网络非均匀分簇拓扑监控方法及装置
CN104093188A (zh) * 2014-07-18 2014-10-08 东北电力大学 一种无线传感器网络簇头选举新方法
KR101701951B1 (ko) * 2015-08-25 2017-02-02 아주대학교 산학협력단 센서 네트워크에서의 최적 클러스터 개수 결정 방법 및 장치
CN105764114A (zh) * 2016-04-19 2016-07-13 浙江理工大学 一种基于能耗均衡的水下无线传感器网络拓扑控制方法
CN106028398A (zh) * 2016-06-21 2016-10-12 俞潮军 一种基于能耗均衡的水下无线传感器网络拓扑控制方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
XIN-WEI YAO ET AL.: "Joint Parameter Optimization for Perpetual Nanonetworks and Maximum Network Capacity", 《IEEE TRANSACTIONS ON MOLECULAR, BIOLOGICAL, AND MULTI-SCALE COMMUNICATIONS》 *
廖强等: "无线纳米传感器网络路由协议设计", 《第19届中国系统仿真技术及其应用学术年会》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114710820A (zh) * 2022-02-23 2022-07-05 浙江工业大学 一种适用于纳米网络的流引导机会路由方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN110324876B (zh) 2021-01-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Hawbani et al. LORA: Load-balanced opportunistic routing for asynchronous duty-cycled WSN
Labrador et al. Topology Control in Wireless Sensor Networks: with a companion simulation tool for teaching and research
Khan et al. QPRD: QoS-aware peering routing protocol for delay sensitive data in hospital body area network communication
US9036560B2 (en) Hybrid routing and forwarding solution for a wireless sensor network
CN101286912B (zh) 一种移动终端辅助的无线传感器网络信息获取方法
CN102026329A (zh) 无线通信网络及其自适应择路通信方法
Cirstea Energy efficient routing protocols for Wireless Sensor Networks: A survey
CN106817739A (zh) 一种基于移动汇聚节点能量有效的无线传感器网路由协议
CN107404745A (zh) 一种基于自组网的火灾探测器远程检测系统
CN102857989B (zh) 一种面向移动传感网的自适应路由方法
CN104284386A (zh) 基于点介数的无线传感器网络簇头选择方法
Le et al. UAV assisted disruption tolerant routing
Sengul et al. A survey of adaptive services to cope with dynamics in wireless self-organizing networks
Yalçın et al. A mobile sink path planning for wireless sensor networks based on priority‐ordered dependent nonparametric trees
JV et al. Exploring data collection on Bluetooth Mesh networks
CN110324876A (zh) 一种基于纳米网络节点能量感知的分簇路由方法
Khan et al. QPRR: QoS-aware peering routing protocol for reliability sensitive data in body area network communication
CN104010338A (zh) 一种基于终端能量感知的改进aodv路由方法
CN106161118A (zh) 一种无线传感网中能量均衡的k‑跳分簇路由方法
Wang et al. An energy-Aware geographic routing protocol for mobile ad hoc networks
CN104519543B (zh) 无线传感网Sink节点的选择方法及系统
Harikishore et al. “Ant colony optimization based energy efficiency for improving opportunistic routing in multimedia wireless mesh network
Yang et al. A reachability-guaranteed approach for reducing broadcast storms in mobile ad hoc networks
Bouarafa et al. Reduction of energy consumption in WSN using the Generalized Pythagorean Theorem
Quy et al. An adaptive on-demand routing protocol with QoS support for urban-MANETs

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant