CN1933445A

CN1933445A - 无线传感器网络上下行异构的路由方法

Info

Publication number: CN1933445A
Application number: CNA2006100861400A
Authority: CN
Inventors: 徐晨; 孙强; 章国安; 包志华; 景为平
Original assignee: Nantong University
Current assignee: Nantong University
Priority date: 2006-09-04
Filing date: 2006-09-04
Publication date: 2007-03-21
Anticipated expiration: 2026-09-04
Also published as: CN100461763C

Abstract

本发明涉及一种无线传感器网上下行异构的路由方法。所述网络内各传感器节点建立路由时，其上行路由和下行路由采用不同的方式：需要建立或更新上行路由的传感器节点发目标为汇聚节点的上行路由请求URREQ，收到路由回复URREP后选择跳数最小的节点作父节点，形成上行路由的路径，收不到路由回复时，把跳数改为最大跳数后重发路由请求，上行路由回复URREP则是在已收到上行路由请求URREQ节点中那些跳数比发所述上行路由请求URREQ节点跳数小且已建立上行路由的邻居节点发出；下行路由以广播的方式建立，并以方向相反的上行路由的路径为下行路由的路径。上行路由建立，无需广播，只需在一跳范围内进行，时延很小，信息传送可靠；下行按需路由，开销小，无须维护，简单易于实现。

Description

无线传感器网络上下行异构的路由方法

技术领域

本发明涉及无线传感器网，更具体地说是一种无线传感器网络上下行异构的路由方法。

背景技术

无线传感器网络是由大量具有通信与计算能力的微小传感器节点密集布设在无人值守的监控区域而构成的智能自治测控网络系统，能够根据环境自主完成指定任务。感知信息的收集是无线传感器网络的主要任务之一，收集信息的模式主要有时间驱动、事件驱动、查询等，分析其信息流时可以发现，最主要的有两类信息传送。一类是由传感器节点到汇聚节点的信息传送，一般为感知信息；另一类是由汇聚节点到传感器节点的信息传送，一般为控制信息。

将由传感器节点到汇聚节点的传送称为上行传送，所经过的路由称为上行路由；将汇聚节点到传感器节点的传送称为下行传送，所经过的路由称为下行路由。

作为一个数据采集网络，上行传送的数据量最大，每个节点上行路由的目标同为汇聚节点。因此，应对上行路由建立方法重点设计和优化，使其效率最高、性能最好。

下行路由的目标非常多，但路由表大小受节点机硬件的限制。因此，下行路由主要考虑实现的可能性、可靠性，研究如何减少网络开销。

但目前所应用于无线传感器网络的路由方法，一般对上行路由与下行路由不加以区别，采用同样的策略，这使得数据量最大的上行路由效率降低，网络开销和时延增大。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提出一种无线传感器网上下行异构的路由方法，在所述网络内各传感器节点建立路由时，上行路由和下行路由采用不同的方式即根据数据的源地址、目的地址区别上行、下行数据传送，对上行、下行数据传送采用不同的路由方法。所建立的无线传感器网络是树型的网络拓扑，每个节点只有也必定有一个父节点。

根据上述构思，其上行路由的基本思路是：

1)每个节点都试图建立自己的上行路由。当节点新加入或路由失效时需建立上行路由，当路由生命周期结束时更新上行路由。

2)一个需建立(或更新)上行路由的节点发目标为汇聚节点的路由请求，已建立上行路由且跳数比该节点小的邻居节点发路由回复，未建立上行路由或跳数不小于该节点的邻居节点不发路由回复也不转发路由请求，若一个需建立(或更新)上行路由的节点发目标为汇聚节点的路由请求后收不到路由回复，则把跳数改为最大后重发路由请求。

3)选择跳数最小的节点作为路由(父节点)。

4)生命周期为Tmin至Tmax之间的随机数。

5)通信时实行逐级确认。

由上述思路建立上行路由的技术步骤为：

S1-1本节点发上行路由请求URREQ；

S1-2等待上行路由回复URREP；

S1-3在一定时间内是否收到上行路由回复URREP，若收到，转S1-4；否则转S1-8；

S1-4收到上行路由回复URREP时，判断本节点路由表是否为空，若为空，转S1-5，否则转S1-6；

S1-5路由表为空，在上行路由表记录父节点地址和跳数；

S1-6路由表非空，比较上行路由回复URREP和上行路由表中路由跳数，保留跳数小的上行路由；

S1-7设置上行路由生命时间为Tmin～Tmax之间的随机数，生命时间到期后进行路由重建，转S1-1。

下行路由的建立则注意到下行路由的目标非常多的特点，采用按需路由策略，其基本思路是：以广播的方式建立下行路由表，并充分利用已有的上行路由。实行端到端确认。根据这样思路建立的的下行路由的技术步骤为：

S4-1是否有汇聚节点到目的节点的下行路由，若有，转S4-7；否则，转S4-2；

S4-2广播下行路由请求DRREQ；

S4-3等待下行路由回复DRREP；

S4-4判是否在一定时间内收到DRREP，若收到转S4-5；否则，转S4-2；

S4-5收到DRREP，记录到下行路由表；

S4-6设置下行路由生命时间，转S4-7；

S4-7按下行路由表发送数据包给下一跳；

S4-8判断在一定时间内能否收到端—端的确认包，若收到，转S4-11；否则，转S4-9；

S4-9未收到确认包，重传次数加1；

S4-10判断重传次是否大于N，若大于N，转S4-2；否则，转S4-7；

S4-11更新下行路由生命时间。

当通过上行路由进行数据传送时，若上行路由失效则进行路由维护，其技术步骤为：

S2-1发送数据给父节点；

S2-2等待上行数据确认包UACK，判在一定时间内是否能收到确认包UACK，若收到则结束，否则转S2-3；

S2-3未收到上行数据确认包UACK，重传次数加1；

S2-4判断重传次数是否大于N，若大于N，转S2-5；否则转S2-1；

S2-5转S1-1，重新建立上行路由。

处理上行路由请求的步骤是：

S3-1收到上行路由请求URREQ；

S3-2判是否URREQ中的跳数＜本节点的跳数。若小于，则转S3-3，否则结束；

S3-3发送上行路由回复URREP

处理下行路由请求的步骤是：

S5-1收到下行路由请求DRREQ；

S5-2判本节点是否为目的节点，若是，转S5-3；否则，转S5-4；

S5-3按上行路由表发对下行路由请求DRREQ的下行路由回复DRREP；

S5-4继续广播下行路由请求DRREQ。

节点处理下行路由回复的步骤是：

S6-1收到下行路由回复DRREP；

S6-2判本节点是否为DRREP中的转发节点。若是，转S6-3；否则，结束；

S6-3记录下行路由，设置下行路由生命周期；

S6-4判本节点是否为汇聚节点，若是，结束；否则，转S6-5；

S6-5按上行路由继续转发下行路由回复DRREP。

本发明的有益效果是：在本发明方法中，上行路由属于一种主动路由，所以效率高，网络开销和时延小，算法简单易实现。上行路由建立时，无需广播，只需在一跳范围内进行。由于路由总是处于已建立的状态，当有上行传送时可以立即传送，时延很小。上行路由表很小，仅为一项，用于记录父节点，因此建立和维护简单。所建立的无线传感器网络是树型的网络拓扑，每个节点只有也必定有一个父节点，因此保证信息传送可靠。下行路由采取与上行路由方向相反的相同路径，使下行路由表的建立要比通常的按需路由方法开销小，无须维护(依赖于上行路由维护)，更简单，更易于实现。

附图说明

图1是本发明中节点建立上行路由的流程

图2是上行数据发送的流程

图3是处理上行路由请求的过程

图4是汇聚节点建立下行路由以及下行数据发送的流程

图5是处理下行路由请求的过程

图6是节点处理下行路由回复的过程

图7是上行路由请求URREQ包格式

图8是上行路由回复URREP包格式

图9是下行路由请求DRREQ包格式

图10是下行路由回复DRREP包格式

具体实施方式

下面结合一具体实施例及其附图对本发明做进一步说明。

对照图1，本实施例上行路由建立的处理流程是：

S1-1本节点发上行路由请求URREQ。URREQ包格式请参见图7，其中含本节点的跳数。

S1-2等待1跳范围内的上行路由回复URREP。URREP包格式请参见图8，其中包括发URREQ节点的跳数。

S1-3在一定时间内是否收到URREP。若收到，转S1-4；否则转S1-1。

S1-4收到URREP时，判断本节点路由表是否为空。若为空，转S1-5；否则转S1-6。

S1-5路由表为空，在上行路由表记录父节点地址和跳数。

S1-6路由表非空，比较URREP和上行路由表中路由跳数，保留跳数小的上行路由。

S1-7设置上行路由生命时间，取数值为10秒至20秒之间的随机数。

对照图2，通过上行路由进行数据传送的处理流程是：

S2-1发送数据给父节点

S2-2等待上行数据确认包UACK，判在一定时间内是否能收到UACK。若收到则结束；否则转S2-3。

S2-3未收到UACK，重传次数加1。

S2-4判断重传次数是否大于3。若大于3，转S2-5；否则转S2-1。

S2-5转S1-1，重新建立上行路由。

对照图3，处理上行路由请求的流程是：

S3-1收到URREQ。

S3-2判是否URREQ中的跳数＜本节点的跳数。若小于，则转S3-3；否则结束。

S3-3发送上行路由回复URREP。

对照图4，下行路由建立和数据发送的处理流程是：

S4-1是否有汇聚节点到目的节点的下行路由，若有，转S4-7；否则，转S4-2。

S4-2广播下行路由请求DRREQ。DRREQ包格式请参见图9，其中目的地址是最终要查找的节点地址，DRREQ ID是DRREQ的编号。

S4-3等待下行路由回复DRREP。图10是DRREP格式。

S4-4判是否在一定时间内收到DRREP。若收到转S4-5；否则，转S4-2。

S4-5收到DRREP，记录到下行路由表。

S4-6设置下行路由生命时间，取数值为30秒。转S4-7。

S4-7按下行路由表发送数据包给下一跳。

S4-8判断在一定时间内能否收到端—端的确认包，若收到，转S4-11；否则，转S4-9。

S4-9未收到确认包，重传次数加1。

S4-10判断重传次是否大于3。若大于3，转S4-2；否则，转S4-7。

S4-11更新下行路由生命时间。

对照图5，处理下行路由请求的流程是：

S5-1收到DRREQ。

S5-2判本节点是否为目的节点。若是，转S5-3；否则，转S5-4。

S5-3按上行路由表发对DRREQ的回复DRREP。DRREP格式中，目的地址是最终要查找的节点地址，本节点地址是发DRREP的节点的地址，转发节点的地址是上行路由节点的地址。

对照图6，处理下行路由回复的流程是：

S6-1收到DRREP。

S6-2判本节点是否为DRREP中的转发节点。若是，转S6-3；否则，结束。

S6-3记录下行路由，设置下行路由生命周期。

S6-4判本节点是否为汇聚节点。若是，结束；否则，转S6-5。

S6-5按上行路由继续转发DRREP。

Claims

1、无线传感器网络上下行异构的路由方法，其特征在于，所述网络内各传感器节点建立路由时，上行路由和下行路由采用不同的方式：

其上行路由建立的步骤：

S1-1本节点发上行路由请求(URREQ)；

S1-2等待上行路由回复(URREP)；

S1-3在一定时间内是否收到上行路由回复(URREP)，若收到，转S1-4；否则转S1-8；

S1-4收到上行路由回复(URREP)时，判断本节点路由表是否为空，若为空，转S1-5，否则转S1-6；

S1-5路由表为空，在上行路由表记录父节点地址和跳数；

S1-6路由表非空，比较上行路由回复(URREP)和上行路由表中路由跳数，保留跳数小的上行路由；

其下行路由建立的步骤：

S4-2广播下行路由请求(DRREQ)；

S4-3等待下行路由回复(DRREP)；

S4-4判是否在一定时间内收到(DRREP)，若收到转S4-5；否则，转S4-2；

S4-5收到(DRREP)，记录到下行路由表；

S4-6设置下行路由生命时间，转S4-7；

S4-7按下行路由表发送数据包给下一跳；

S4-9未收到确认包，重传次数加1；

S4-10判断重传次是否大于N，若大于N，转S4-2；否则，转S4-7；

S4-11更新下行路由生命时间。

2、根据权利要求1所述无线传感器网络上下行异构的路由方法，其特征在于，当通过上行路由进行数据传送时，若上行路由失效则进行路由维护，其技术步骤为：

S2-1发送数据给父节点；

S2-2等待上行数据确认包(UACK)，判在一定时间内是否能收到确认包(UACK)，若收到则结束，否则转S2-3；

S2-3未收到上行数据确认包(UACK)，重传次数加1；

S2-4判断重传次数是否大于N，若大于N，转S2-5；否则转S2-1；

S2-5转S1-1，重新建立上行路由。

3、根据权利要求1所述无线传感器网络上下行异构的路由方法，其特征在于，处理上行路由请求的步骤是：

S3-1收到上行路由请求(URREQ)；

S3-2判是否(URREQ)中的跳数＜本节点的跳数。若小于，则转S3-3，否则结束；

S3-3发送上行路由回复(URREP)。

4、根据权利要求1所述无线传感器网络上下行异构的路由方法，其特征在于，处理下行路由请求的步骤是：

S5-1收到下行路由请求(DRREQ)；

S5-2判本节点是否为目的节点，若是，转S5-3；否则，转S5-4；

S5-3按上行路由表发对下行路由请求(DRREQ)的下行路由回复(DRREP)；

S5-4继续广播下行路由请求(DRREQ)。

5、根据权利要求1所述无线传感器网络上下行异构的路由方法，其特征在于，节点处理下行路由回复的步骤是：

S6-1收到下行路由回复(DRREP)；

S6-2判本节点是否为(DRREP)中的转发节点。若是，转S6-3；否则，结束；

S6-3记录下行路由，设置下行路由生命周期；

S6-4判本节点是否为汇聚节点，若是，结束；否则，转S6-5；

S6-5按上行路由继续转发下行路由回复(DRREP)。