基于RPL的无线传感器网络的层数型路由建立方法技术

本发明专利技术实施例提供了一种基于RPL的无线传感器网络的层数型路由建立方法。该方法包括：从所述的根据RPL路由协议构建的无线传感网中，按照Rank值对节点进行分层，在每一层中按照特定规则选取一定数量的簇首；簇首就任后向周围广播就任信息，其他节点决定是否加入簇；节点入簇后将簇首加入父节点列表，作为次优父节点，由此整个网络组网完成。在数据路由部分，节点将自身采集的传感信息发送到簇首，由簇首完成数据融合等处理；节点收到未经融合处理的数据包则直接发送到原本的最优父节点，避免二次融合。每个节点可保持两个父节点，两条路由，同时将融合与未融合的数据分开传输，增强网络健壮性，均衡网络负载，延长网络生命周期。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无线传感器网络
，尤其涉及一种基于RPL的无线传感器网络的层数型路由建立方法。
技术介绍
无线传感器网络是由部署在监测区域内大量的微型传感器节点通过无线电通信形成的一个多跳的自组织网路系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域里的被监测对象的信息，如温、湿度信息，并将这些信息发送给观察者。这些传感器节点功耗低、传输速率低、处理能力低、能量储备低，并通过多跳进行数据传送。在无线传感器网络中，由于能力受限，节点之间往往无法直接通信，通常需要借助中间节点以多跳路由的方式将源数据传动至目的节点。针对无线传感网的这种低功耗有损网络特性，IETF ROLL工作组研宄制定了 RPL (Routing Protocol for Low-Power and LossyNetworks,低功耗有损网络路由协议)。RPL是一个距离矢量路由协议，节点通过交互信息形成有向无环图，进而构建网络拓扑。为了扩大网络规模，汇聚节点往往选取不同于普通传感节点的高性能节点，虽然RPL协议生成的网络拓扑能较好的保证网络的稳定性，但由于拓扑为树形拓扑，因此当节点密集，规模较大时，拓扑深度会较深。而在网络拓扑中位置相对靠近汇聚节点的传感器节点既要采集自身周围的传感信息，又要承担转发下层上传的数据包的任务，因此更容易过早的耗尽能量。一旦上层的传感器节点失效，整个网络将会产生较大的震荡。
技术实现思路
本专利技术的实施例提供了一种基于RPL的无线传感器网络的层数型路由建立方法，以提高基于RPL的无线传感器网络的效率。为了实现上述目的，本专利技术采取了如下技术方案。一种基于RPL的无线传感器网络的层数型路由建立方法，包括:在无线传感器网络初始化完成后，所述无线传感器网络中的每个节点向外广播簇首竞争消息，该簇首竞争消息中携带节点所在的层数和节点的Rank值；根据所述无线传感器网络的每一层中的各个节点接收到的簇首竞争消息，利用预定的簇首竞争机制确定每一层中的簇首节点；同一层中包括簇首节点在内的各个节点聚集在同一簇，节点将自身采集的信息发送给节点所在簇中的簇首节点，所述簇首节点将自身所在簇中的各个节点采集的信息进行信息融合处理后，发送给所述簇首节点的父节点。优选地，所述的在无线传感器网络初始化完成后，所述无线传感器网络中的每个节点向外广播簇首竞争消息，该簇首竞争消息中携带节点所在的层数和节点的Rank值，包括:在无线传感器网络初始化完成后，所述无线传感器网络中的节点根据自身的Rank值计算自身所在层数，并判断层数是否大于2，所述Rank值根据节点在所述无线传感器网络拓扑中到根节点的相对位置，由节点剩余能量和期望重传次数决定；当所述层数大于等于2，则所述节点向外广播簇首竞争消息，该簇首竞争消息中携带节点所在的层数和节点的Rank值。优选地，所述的根据所述无线传感器网络的每一层中的各个节点接收到的簇首竞争消息，根据预定的簇首竞争机制确定每一层中的簇首节点，包括:节点收到来自其他节点的簇首竞争消息后，所述节点启动定时器，提取所述簇首竞争消息中的层数和Rank值信息，判断所述簇首竞争消息中的层数是否与自己所在的层数相同，若不相同，则忽略；若相同，则所述节点将所述簇首竞争消息中携带的Rank值与节点自身的Rank值进行比较；当所述簇首竞争消息中携带的Rank值比节点自身的Rank值大，则所述节点继续等待接收其它节点发送的簇首竞争消息，当所述簇首竞争消息中携带的Rank值比节点自身的Rank值小或者相等，则所述节点退出簇首节点竞争，不再接收其它节点发送的簇首竞争消息；当所述定时器的定时时长结束后，所述节点接收到的簇首竞争消息中携带的Rank值都比节点自身的Rank值大，则所述节点成为其所在层的簇首节点。优选地，所述的同一层中包括簇首节点在内的各个节点聚集在同一簇，包括:所述节点成为其所在层的簇首节点后，向外广播簇首就任消息，该簇首就任消息中携带簇首节点的层数和源地址；其它节点接收到所述簇首就任消息后，当所述簇首就任消息中携带的层数与其它节点的层数相同，所述簇首就任消息中携带的源地址与所述其它节点的最优父节点的源地址不一致，并且所述其它节点还没有加入所述簇首节点所在的簇，则所述其它节点向簇首节点发送入簇请求信息，该入簇请求信息中携带所述其它节点的层数和源地址；所述簇首节点接收到所述入簇请求信息后，当判断所述入簇请求信息中携带的层数与所述簇首节点处于同一层，所述入簇请求信息中携带的源地址与所述簇首节点的最优父节点的源地址不一致，则向所述其它节点发送同意所述其它节点入簇的回复消息；所述其它节点收到来自所述簇首节点的回复消息后，则更新自身状态信息，将所述簇首节点加入父节点列表，作为次优父节点。优选地，所述的方法还包括:当所述无线传感器网络中的层数型路由建立完成后，节点收到下层节点上传的数据后，判断所述数据是否已经融合过，若已经融合过，则将所述数据发送到所述节点的最优父节点；若所述数据未经融合处理，则将所述数据发送到所述节点的次优父节点进行融合处理。优选地，所述的方法还包括:当所述簇首节点的父节点发生变化时，所述簇首节点向外广播簇首节点卸任消息，该簇首节点卸任消息中携带所述簇首节点的层数和源地址；和所述簇首节点同簇的其它节点接收到所述簇首节点卸任消息后，检查所述簇首节点卸任消息中携带的层数和自身节点所在的层数相同，所述簇首节点卸任消息中携带的源地址和自身节点的次优父节点的源地址相同，则将所述簇首节点从自己节点的路由信息中删掉；所述簇首节点所在的簇中的各个节点重新开启发现簇首竞争过程，所述簇首节点不参加下一轮的簇首竞争。由上述本专利技术的实施例提供的技术方案可以看出，本专利技术实施例通过基于RPL的层次型路由，通过对网络进行分层，在每一层中挑选簇首节点，利用RPL的有向无环图特性，可以有效避免环路。同时，将融合后的数据与未融合数据分开传输，均衡节点能耗，平均网络流量负载，使整个网络的健壮性增强，延长网络生命周期。本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。【附图说明】为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的一种无线传感器网络中层数型路由网络拓扑的示意图；图2为本专利技术实施例提供的一种层数型路由建立流程图；图3为本专利技术实施例提供的一种簇首发现流程图。【具体实施方式】下面详细描述本专利技术的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能解释为对本专利技术的限制。本
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【技术保护点】
一种基于RPL的无线传感器网络的层数型路由建立方法，其特征在于，包括：在无线传感器网络初始化完成后，所述无线传感器网络中的每个节点向外广播簇首竞争消息，该簇首竞争消息中携带节点所在的层数和节点的Rank值；根据所述无线传感器网络的每一层中的各个节点接收到的簇首竞争消息，利用预定的簇首竞争机制确定每一层中的簇首节点；同一层中包括簇首节点在内的各个节点聚集在同一簇，节点将自身采集的信息发送给节点所在簇中的簇首节点，所述簇首节点将自身所在簇中的各个节点采集的信息进行信息融合处理后，发送给所述簇首节点的父节点。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：高德云，谭元蕊，张宏科，赵伟程，朱婉婷，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：北京;11