一种无线传感器网络集中式路由协议制造技术

一种无线传感器网络集中式路由协议，包括传感器节点和Sink节点，包括如下步骤：步骤A：增加数据结构，为传感器节点增加数据结构，用于计算最短路由路径和维护网络拓扑；步骤B：路线设置阶段，在数据传输之前在任意两个节点之间建立路由路径；步骤C：路由维护阶段，更新网络中每条路径的链路状态。提供一种无线传感器网络集中式路由协议，该协议利用能量充足的汇聚节点建立正向和反向路由路径，计算最优路由路径，维护网络拓扑结构，从而集中管理和减少路由开销。

【技术实现步骤摘要】
一种无线传感器网络集中式路由协议
本专利技术涉及网络
，特别是一种无线传感器网络集中式路由协议。
技术介绍
无线传感器网络(WirelessSensorNetworks,WSN)是一种分布式传感网络，它的末梢是可以感知和检查外部世界的传感器。WSN中的传感器通过无线方式通信，传感器节点的并集形成任意拓扑，因此网络设置灵活，形成了一个多跳自组织的网络，其中的设备位置可以随时更改，还可以跟互联网进行有线或无线方式的连接。随着无线传感器网络系统中节点的规模和成本的降低，使得无线传感器网络在大范围内的部署成为可能，从而促进了无线传感器网络的大量应用，目前，WSN广泛应用于军事战场环境数据监测、智能交通、环境监控、医疗卫生、智能家居等领域。无线传感器网络系统中有两类节点：传感器节点和汇聚节点。汇聚节点是Internet与WSN系统之间的网关，传感器节点是一种低功耗设备，配备有传感单元、处理器、存储器、收音机和电源。在无线传感器网络系统中，传感器节点通过协同工作来监测一个区域，以获取有关环境的数据，同时，传感器节点还要转发来自其他传感器节点的数据包。然而，传感器节点受到计算能力、内存、能量供应和带宽的限制，这些限制导致了无线传感器网络系统的设计和实现面临挑战。因此，需要对网络协议栈各层进行设计和优化；在网络层方面，主要目的是寻找路由设置和维护的解决方案，这些解决方案是能够提高数据传输效率和减少网络负载的路由协议，路由协议是无线传感器网络系统中最重要的设计问题之一。现有的路由协议有很多，但大多数都是分布式路由协议。在分布式路由系统中，传感器节点和汇聚节点没有区别，传感器节点同时也是承担着复杂的计算的汇聚节点。由于传感器节点复杂处理的高能量成本，采用分布式模式的协议通常会导致较低的网络生存期。例如，优化链路路由（OptimizedLinkStateRouting，OLSR）中的传感器节点不仅周期性地与邻居交换信息，而且还计算出维持网络拓扑的最小代价路由路径，作为一种具有主动模式的协议，每个节点都维护一个较大的路由表，从而大大提高了能量消耗率。
技术实现思路
本专利技术的目的是：克服现有技术的上述不足，提供一种无线传感器网络集中式路由协议，该协议利用能量充足的汇聚节点建立正向和反向路由路径，计算最优路由路径，维护网络拓扑结构，从而集中管理和减少路由开销。本专利技术的技术方案是：一种无线传感器网络集中式路由协议，即集中式路由协议（CentralizedRoutingProtocol，CRP），包括功能简单的传感器节点和利用网络信息建立和维护网络拓扑结构的Sink节点，Sink节点还计算任意两个节点之间的最短路由路径。换言之，Sink节点借助于中央控制算法来执行中央管理。在自组织无线网络中，CRP中的每个节点都需要通过周期性的消息交换来发现其单跳邻居。然后，Sink节点向网络发送广播包，通过传感器节点发送的反馈包获得网络的全局信息。接下来，协议计算路由路径，并在传感器节点和接收器节点之间设置路由路径以传输数据包。由于已经建立了前述路径，因此每个传感器节点向Sink节点发送请求，以获取到网络中其他传感器节点的最短路径。然后将带有路由信息的反馈包发送回请求者，并建立任意两个节点之间的路由路径。最后，Sink节点通过处理链路状态的更新值来维护网络拓扑。具体步骤如下：步骤A增加数据结构为了在网络中交换消息，协议需要不同角色上的各种类型的数据包。与其他路由协议类似，每个节点都需要一个路由表和一个邻居表来记录邻居信息和路径信息。此外，本专利技术设计了一种新的方案，为每个传感器增加一个Sink表和一个Sink网络图，用于计算最短路由路径和维护网络拓扑，数据结构可以分为三类：数据包类型、数据表和网络图。（1）数据包类型：网络中数据传输的数据包有六种类型：Hello、ProbeB、ProbeU、Info、Request和Route。表1显示了数据包的成员，表1中的“√”表示“给定的包包含该成员”。它们是Broadcast、SourceAddr、DestAddr、SinkAddr、NeighborInfo、PathInfo和RouteInfo。其中，Broadcast是一个布尔变量，用来判断一个包是否是一个广播包，SourceAddr、DestAddr、SinkAddr是IP地址。NeighborInfo包含由邻居节点地址和链路状态组成的信息。PathInfo包括从Sink节点到传感器节点的路由路径信息，以确认信息的接收并准备扩展网络。当节点被添加到Sink节点的网络图中时，它会向Sink节点发送请求消息。接收节点将包含请求者到网络中任何其他节点的路径的RouteInfo包发回。表1中的每种数据包类型说明如下。表11）Hello：Hello的关键功能是在邻居之间交换信息，并用邻居节点地址和链路状态建立邻居表。2）ProbeB：该包从Sink节点开始，由中间节点转发，以发现新的节点并收集它们的信息。3）ProbeU：不同于上述两个包，ProbeU是具有确定目的地的单播包。PathInfo包含从源到目标的整个路径消息，它帮助中间节点找到要转发ProbeU的下一个节点。4）Info：接收到的节点发送一个信息包给接收节点。NeighborInfo包含本地邻居表中的邻居信息。5）Request：路由发现后，传感器节点发送一个请求包，向网络中的任何其他节点获取路由信息。6）Route：此包与请求相关，路由信息包含请求者到网络中任何其他节点的路径。（2）数据表：有三种类型的表，分别为Neighbor表、Route表和Sink表，如表2所示，表2中的“√”表示“给定的表包含该成员”。邻居表由NeighborAddr和LinkState的邻居信息组成。NeighborAddr表示邻居节点的地址，LinkState表示本地节点和邻居节点之间的无线链路的状态。DestAddr和NexthopAddr构成Route表中的路由记录，路由记录说明从源到目的地的目的地节点地址和下一节点地址。Sink表只有SinkAddr，它表示Sink地址。表2（3）网络图：网络图采用邻接表的形式建立结构，作为Sink的特殊数据结构。如图1所示，阵列元素表示网络中的节点，列表元素是任意两个节点之间的路径。步骤B：路线设置阶段该阶段的主要目的是在数据传输之前在任意两个节点之间建立路由路径。同时，在Sink节点中建立网络图。此外，路由信息从Sink节点分发，使得协议比其他节点更加集中。如图2-5所示，路由建立阶段可分为四个过程：（1）第一步：当一个节点开始运行时，它周期性地广播具有其本地信息的Hello包。此外，它还监听监视端口中的数据包。如果接收到的包是Hello，则提取邻居节点信息并更新本地邻居表。如图2所示，S定期向其邻居A和C发送Hello。当节点A和C接收分组时，它们中的每一个都将节点S添加到其邻居表中。（2）第二步：在第一步中广播多个Hello本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无线传感器网络集中式路由协议，包括传感器节点和Sink节点，其特征在于：包括如下步骤：/n步骤A：增加数据结构，为传感器节点增加数据结构，用于计算最短路由路径和维护网络拓扑；/n步骤B：路线设置阶段，在数据传输之前在任意两个节点之间建立路由路径；/n步骤C：路由维护阶段，更新网络中每条路径的链路状态。/n

【技术特征摘要】
1.一种无线传感器网络集中式路由协议，包括传感器节点和Sink节点，其特征在于：包括如下步骤：
步骤A：增加数据结构，为传感器节点增加数据结构，用于计算最短路由路径和维护网络拓扑；
步骤B：路线设置阶段，在数据传输之前在任意两个节点之间建立路由路径；
步骤C：路由维护阶段，更新网络中每条路径的链路状态。


2.如权要求1所述的一种无线传感器网络集中式路由协议，其特征在于：所述增加的数据结构分为三类：分别是数据包类型、数据表和网络图。


3.如权利要求2所述的一种无线传感器网络集中式路由协议，其特征在于：所述数据包类型有6种，分别是Hello、ProbeB、ProbeU、Info、Request和Route。


4.如权利要求3所述的一种无线传感器网络集中式路由协议，其特征在于：所述数据表有3种，分别为Neighbor表、Route表和Sink表。


5.如权利要求4所述的一种无线传感器网络集中式路由协议，其特征在于：所述网络图采用邻接表的形式建立结构，作为Sink的特殊数据结构。


6.如权利要求5所述的一种无线传感器网络集中式路由协议，其特征在于：所述步骤A中为每个传感器至少增加一个Sink表和一个Sink网络图。


7.如权利要求2-6任一项所述的一种无线传感器网络集中式路由协议，其特征在于：在所述步骤B中，同时还在Sink节点中建立网络图。


8.如权利要求6所述的一种无线传感器网络集中式路由协议，其特征在于：在所述步骤B中，路由信息从Sink节点分发，路由建...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏振华，王超，付光远，王然辉，赵士裕，王修东，谭飞，
申请(专利权)人：中国人民解放军火箭军工程大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61