一种支持大规模节点应用的实时无线传感网路由方法技术

本发明专利技术涉及一种支持大规模节点应用的实时无线传感网路由方法，采用核心簇头路由机制与平面路由机制结合的方式构建网络，使得路由由频率决定与具体的节点无关；节点间采用协同处理策略与能量均衡策略；所述网络根据节点所处的空间密度划分网格，并采取了减少孤点优化措施。本发明专利技术减少网络之间分簇路由的信号干扰，避免了由于路由节点失效导致的网络灾难问题，能最大限度的降低网络簇的重建频率，降低簇的维护开销，提高了整个网络的响应实时性。

【技术实现步骤摘要】
一种支持大规模节点应用的实时无线传感网路由方法
本专利技术涉及传感器网络
，特别是涉及一种支持大规模节点应用的实时无线传感网路由方法。
技术介绍
在实现大规模的无线传感网络的过程中，需要面对接入多种类型的传感器，多种传感器能量耗费不一致，在多种传感器混杂的大规模网络中如何实现节能、优化网络的生命周期是传感器网络急需解决的问题；大规模的传感网络中，如何提供最优路由,包括最小能耗、最短路径、最少跳数、最大最小剩余能量也是需要解决的问题；如何能保证满足区域覆盖的前提下，节省系统开销，在网络覆盖范围内减少网络孤点数量，为节点提供可靠接入也是必须面对的问题之一；传感器网络应用的关键问题还包括：如何在节点能量分布不均匀的网络之中，延长网络中节点的生命周期，针对路由节点需要进行大量数据吞吐，如何减少路由节点的压力，提高路由节点能量利用率，同时如何使个别路由节点失效的情况下，不会对网络造成毁灭性的影响，延长网络的生命周期。
技术实现思路
本专利技术提供一种支持大规模节点应用的实时无线传感网路由方法，以解决多种传感器混杂的大规模传感网络中节能、网络生命周期优化的问题。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种支持大规模节点应用的实时无线传感网路由方法，采用核心簇头路由机制与平面路由机制结合的方式构建网络，使得路由由频率决定与具体的节点无关；在实现网络的节点间采用协同处理策略与能量均衡策略；所述网络根据节点所处的空间密度划分网格，并采取了减少孤点优化措施。核心簇头路由机制是指根据的网络规模和数据流向特点将网络的上层路由节点限定在基站、簇头的节点、备选簇头节点内部选择；平面路由机制是指网络的底层一定区域内的节点地位相同，使用平面路由机制通信。采用核心簇头路由机制与平面路由机制结合的方式构建网络具体包括：按照节点在网络中的地位划分为一个三层的网络，并按照跳数划分整个网络，使得整个网络的跳数最多为三跳。所述构建的网络中的底层节点与上层节点之间有多个路由，各个路由采用不同的频率。所述构建的网络拥有备选冗余路由，并且备选冗余路由与工作路由之间有协同处理策略与能量均衡策略；具体实现方法是在网络中设置备选基站和备选簇头，网络底层节点根据密度区域划分实现网格化处理之后，孤点与低能节点能够可靠依附。所述构建的网络中如果网络侦听到能量低于规定能量门限的节点时，网络根据节点分布的空间密度，将底层的低能量节点挂载到高能量的节点上形成一个网格，所有在同一个网格底层节点的分区拥有相同的优先级以及权值，网格内能够实现网络区域数据压缩与数据融合，划分之后的网格使用与上层互不干扰的频率通信，以此实现了网格区域能量均衡。所述减少孤点优化措施包括孤点依附、孤点与正常节点区域划分、孤点与该孤点能侦听的正常节点的能量均衡。所述构建的网络使用时分、时间片绑定同步、或无线唤醒机制来实现网络的组织与获取数据。有益效果由于采用了上述的技术方案，本专利技术与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本专利技术采用核心簇头路由机制与平面路由机制结合的方式、频率与路由绑定机制、不同的簇分区使用不同的频率等机制，实现了路由节点与某一个节点无关只与网络中使用的频率有关，减少网络之间分簇路由的信号干扰，避免了由于路由节点失效导致的网络灾难问题，能最大限度的降低网络簇的重建频率，降低簇的维护开销，提高了整个网络的响应实时性。附图说明图1是本专利技术的网络部署示意图。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。本专利技术的实施方式涉及一种支持大规模节点应用的实时无线传感网路由方法，采用核心簇头路由机制与平面路由机制结合的方式构建网络，使得路由由频率决定而与具体的节点无关；在实现网络的节点间采用协同处理策略与能量均衡策略；所述网络根据节点所处的空间密度划分网格，并采取了减少孤点优化措施。所述网络是一个可扩展、可配置，能根据应用与网络规模实现自适应、自动组网、网络参数自动配置的网络，其最大支持的网络节点规模是65536个。具体协议描述如下：采用核心簇头路由机制与平面路由机制结合的方式；依据网络路由构建的网络划分为三层是指网络中节点分为基站、簇头、底层节点；按照跳数划分整个网络最多三跳是指网络中可能存在基站到簇头1跳，簇头到节点1跳，节点到孤点或者是高能节点到低能节点1跳的网络。协议中频率与路由绑定、不同的簇头组建的子网分区使用不同的频率，实现了路由节点与某一个节点无关只与网络中使用的频率有关；依据网络协议构建的网络，各个由簇头组建的子网采用不同的频率，基站通过跳频机制与各个簇头的通信，路由只与频率相关而与具体的簇头无关，当某一个簇头出现异常无法使用时，基站可以指定备选簇头，继承失效簇头作为该子网的簇头，因为簇头只与频率有关所以新指定簇头不会照成该子网底层网络变动，减少了网络之间分簇路由的信号干扰，避免了由于路由节点失效导致的网络灾难问题，能最大限度的降低网络簇的重建频率，降低簇的维护开销，提高了整个网络的响应实时性。底层节点可以侦听到同一个簇头分区下的邻居节点的信息，同时可以知道节点在该子网的优先级与权值，节点在网络中的优先级、权值根据网络应用与不同的业务应用类型来确定，那么所有节点就可知道自身节点的空间密度；作为无法侦听到所有簇头信息的孤点，通过上述步骤孤点也就知道了自身空间密度，空间密度内的节点可以在接收上层簇头指定之后，拥有相同的地位，他们之间形成一个平面的路由。然后根据能量优先原则，孤点将自身挂载于空间密度的某一个不是孤点的节点上，并绑定只能被双方所识别的频率。在使用的过程中如果不是孤点的节点能量低于规定的门限时，将如同孤点一样根据能量优先原则挂载在自己能量密度空间的高能量节点上。协议在设计的时候拥有冗余路由，具体实现方法是在网络中使基站拥有备选的基站，簇头拥有备选的簇头，网络底层节点根据密度区域划分实现网格化处理之后，孤点与低能节点可以可靠依附。这样同时优化了由于网络中由各个节点于接入多种不同的传感器导致耗能不均导致部分节点过早失效的问题。本专利技术可以支持多种的业务类型混合，具体实现的方法是将网络流程周期化，周期内的流程按照阶段划分，同时网络周期与实时时间绑定，网络内的周期按照时间节拍，最终也与实时时间绑定，底层节点的网格化划分处理，具体表现为将网络中的节点根据接入的传感器、需要实现的业务类型，赋予节点优先级与权值，最终使用时分、频分跳频、广播、多播、轮询、时间片绑定同步、无线唤醒机制等来实现网络的组织与获取数据，协议中使用了握手策略、有基于节点ID的时间退避CSMA/CA算法、基于RSSI的网络路由侦测与能量均衡、基于RSSI的网络数据传输速度控制、基于时间片的时间同步策略来提高数据传输的成功率。本专利技术上层使用了分簇的路由，下层节点的根据空间密度的网格化划分，数据发生的时间可以精确定位等技术，实现了网络中节点数据的融合、压缩、网络节点协同等功能。本专利技术采取了积极的能量管理技术，包括控制报文开销、降低拓扑结构变动的频率、减少网络通信开销等、同级节点的能量均衡以减少节点的的能量开销，数本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种支持大规模节点应用的实时无线传感网路由方法，其特征在于，采用核心簇头路由机制与平面路由机制结合的方式构建网络，使得路由由频率决定与具体的节点无关；在实现网络的节点间采用协同处理策略与能量均衡策略；所述网络根据节点所处的空间密度划分网格，并采取了减少孤点优化措施。

【技术特征摘要】
1.一种支持大规模节点应用的实时无线传感网路由方法，其特征在于，采用核心簇头路由机制与平面路由机制结合的方式构建网络，使得路由由频率决定与具体的节点无关；在实现网络的节点间采用协同处理策略与能量均衡策略；所述网络根据节点所处的空间密度划分网格，并采取了减少孤点优化措施；所述构建的网络中如果侦听到能量低于规定能量门限的节点时，网络会根据节点分布的空间密度，将底层的低能量节点挂载到高能量的节点上形成一个网格，所有在同一个网格底层节点的分区拥有相同的优先级以及权值，网格内能够实现网络区域数据压缩与数据融合，划分之后的网格使用与上层互不干扰的频率通信，以实现网格区域能量均衡。2.根据权利要求1所述的支持大规模节点应用的实时无线传感网路由方法，其特征在于，核心簇头路由机制是指根据的网络规模和数据流向特点将网络的上层路由节点限定在基站、簇头的节点、备选簇头节点内部选择；平面路由机制是指网络的底层一定区域内的节点地位相同，使用平面路由机制通信。3.根据权利要求1所述的支持大规模节点应用的实时无线传感网路由方法，其特征在于，采用核心簇头路由机制与平面路由机制结合的方式构建网络具体包括：按照节点在网络中的地位划分为一个三层的网络，并按照跳数划分整个网络，使得整个网络的跳数最多为三跳。4.根据权利要求1所述的支持大规模节点应用的实时无线传感网路由方法，其特征在于，所述构建...

【专利技术属性】
技术研发人员：何为，杨旭光，罗炬锋，张帅，单联海，赵康，谷宇章，高丹，张质懿，张军，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31