專利名稱：一種應(yīng)用于井下無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的高效路由方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由領(lǐng)域，涉及一種應(yīng)用于井下無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的高效路由方 法，應(yīng)用于礦井巷道等特殊環(huán)境下的監(jiān)控和救災(zāi)數(shù)據(jù)的有效傳輸。
背景技術(shù)：
隨著無(wú)線通信、電子與傳感技術(shù)的發(fā)展，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)引起了廣泛的應(yīng)用。無(wú)線傳 感器由具有傳感、數(shù)據(jù)處理和短距離無(wú)線通信功能的傳感器組成，在軍事國(guó)防、環(huán)境監(jiān)測(cè)、 生物醫(yī)療，搶險(xiǎn)救災(zāi)以及商業(yè)應(yīng)用等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
在無(wú)線傳感器網(wǎng)路的路由設(shè)計(jì)中，結(jié)合空間位置信息，可以進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸路徑和轉(zhuǎn)發(fā) 節(jié)點(diǎn)的優(yōu)化選擇，降低傳統(tǒng)按需路由中冗余的控制分組，提供綠色可靠的路由信息。
在礦井等特殊環(huán)境下進(jìn)行人員監(jiān)控和避災(zāi)救險(xiǎn)，有效穩(wěn)定的數(shù)據(jù)通信成為研究重點(diǎn)。 依賴地下位置信息設(shè)計(jì)路由協(xié)議，為緊急環(huán)境下數(shù)據(jù)傳播路徑的選擇和切換提供了保障。
傳統(tǒng)的路由協(xié)議設(shè)計(jì)都是針對(duì)地上室內(nèi)和室外環(huán)境，多采用平面結(jié)構(gòu)和拓?fù)?。但是隨 著近年來(lái)礦難事故的頻繁發(fā)生，采用傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控和救災(zāi)，需要適合于井下通信的路由 協(xié)議。目前為止，國(guó)內(nèi)外還沒(méi)有涉及此方面的研究。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種應(yīng)用于井下無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的高效路由方法，該 方法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，且對(duì)于保證無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的健壯性、可擴(kuò)展性以及減少能量消耗等方面 具有很大的優(yōu)勢(shì)。
本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題所釆用的技術(shù)方案是
一種應(yīng)用于井下無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的高效路由方法，網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)之間的信號(hào)傳播分為近壁 傳播和洞中傳播2種模式；包括路由切換階段和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)階段，其特征在于，將巷道模擬
為圓柱巷道；定義兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間的夾角為節(jié)點(diǎn)間向量和圓柱巷道切面的夾角；設(shè)定一臨界角； 臨界角定義為影響信號(hào)傳播方式的節(jié)點(diǎn)間向量和圓柱巷道切面夾角的臨界值；在路由切換 階段，當(dāng)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間的夾角小于所述的臨界角時(shí)，該兩節(jié)點(diǎn)間的信號(hào)傳輸采用近壁傳播模
3式；當(dāng)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間的夾角大于或等于所述的臨界角時(shí)，該兩節(jié)點(diǎn)間的信號(hào)傳輸采用洞中傳 播模式。
作為改進(jìn)，在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)階段，給不同的發(fā)送節(jié)點(diǎn)賦以轉(zhuǎn)發(fā)延遲，對(duì)于多個(gè)相鄰的接收 節(jié)點(diǎn)，分別計(jì)算各個(gè)所述接收節(jié)點(diǎn)與發(fā)送節(jié)點(diǎn)之間的夾角，發(fā)送節(jié)點(diǎn)向夾角小的接收節(jié)點(diǎn) 轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。
作為改進(jìn)，在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)階段，當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)收到一個(gè)RREQ (路由請(qǐng)求，Route Request),先偵聽(tīng)，以確保在它的通信半徑內(nèi)，它是第一個(gè)收到該RREQ的節(jié)點(diǎn)，從而在 偵聽(tīng)期后有優(yōu)先權(quán)轉(zhuǎn)發(fā)該RREQ;如果該節(jié)點(diǎn)在該偵聽(tīng)期內(nèi)又收到同樣的RREQ，該節(jié)點(diǎn) 將丟棄最先收到的RREQ而不轉(zhuǎn)發(fā)。
作為改進(jìn),在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)設(shè)置互補(bǔ)路徑;具體方法為:每個(gè)節(jié)點(diǎn)在收到最先到的RREQ 之后，還要記錄一個(gè)與此RREQ對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)間向量垂直的另一個(gè)RREQ的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)，當(dāng)其 中一個(gè)節(jié)點(diǎn)失效，采用另一個(gè)節(jié)點(diǎn)的路由信息進(jìn)行數(shù)據(jù)信息發(fā)送。
作為改進(jìn)，所述的近壁傳播采用對(duì)數(shù)距離路徑損耗模型傳播；所述的洞中傳播采用自 由空間模型傳播。
作為改進(jìn)，該路由方法所對(duì)應(yīng)的通信網(wǎng)絡(luò)采用雙向部署的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，將節(jié)點(diǎn)平行等間 隔安置在兩側(cè)巷道壁上。
本發(fā)明的工作原理是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明研究礦井等特殊環(huán)境下巷道的地 形特點(diǎn)，進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，分析信號(hào)在井下傳播的特殊性，設(shè)計(jì)合理的傳感器節(jié)點(diǎn)部署拓?fù)?節(jié)點(diǎn)。根據(jù)節(jié)點(diǎn)部署的位置信息，盡量選擇自由空間的傳播模式進(jìn)行信號(hào)傳播，避免近壁 傳播的路徑損耗影響。因此設(shè)計(jì)自適應(yīng)角度和距離等位置信息的高效路由協(xié)議ANDREW (ANDREW: Angle aNd Distance based Routing in Emergent Wireless networks),進(jìn)行最 優(yōu)路徑選擇和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。ANDREW路由協(xié)議在實(shí)現(xiàn)機(jī)制上比較簡(jiǎn)單，對(duì)于保證無(wú)線傳感 器網(wǎng)絡(luò)的健壯性、可擴(kuò)展性以及減少能量消耗等方面具有很大的優(yōu)勢(shì)。
有益效果 (1) 減少能量消耗
本路由方法根據(jù)巷道傳播環(huán)境選擇偏向自由空間傳播的特點(diǎn)，可以降低路徑損耗，減 少傳播功耗，選擇跳數(shù)少的路徑最快到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)，降低了通信過(guò)程中的能量開銷。同時(shí)， 本方法可以根據(jù)是近壁傳播還是洞中傳播，動(dòng)態(tài)調(diào)整發(fā)送功率，既能夠保證通信的完成， 又能盡最大可能減少能量消耗。本方法通過(guò)冗余信息壓制機(jī)制，將保證發(fā)送節(jié)點(diǎn)的下一跳鄰居節(jié)點(diǎn)中只有一個(gè)能完成
轉(zhuǎn)發(fā)，減少了冗余RREQ信息和RREQ的轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)間，既提高了轉(zhuǎn)發(fā)效率，也節(jié)約了能量。
(2) 健壯性好
偏向自由空間傳播的路由，降低了井下惡劣傳播環(huán)境的影響，提供了通信質(zhì)量。距離 和角度信息的引入，有利于選擇盡可能優(yōu)化的傳播路徑進(jìn)行通信。另外，由于在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā) 時(shí)設(shè)置互補(bǔ)路徑，因此當(dāng)一條路徑上的數(shù)據(jù)傳輸無(wú)法繼續(xù)時(shí)，還可以采用互補(bǔ)路徑傳輸數(shù) 據(jù)，不會(huì)導(dǎo)致傳輸中斷。因此，本路由方法能有效抵抗干擾，魯棒性強(qiáng)。
(3) 實(shí)施簡(jiǎn)單
所采用的傳感器節(jié)點(diǎn)不需要進(jìn)行額外的硬件配置，由于路由具備發(fā)送功率和傳播距 離優(yōu)化的功能，盡可能降低了傳感器節(jié)點(diǎn)部署的密度，從而節(jié)約了實(shí)施成本。同時(shí)，本路 由具備感知傳播環(huán)境和適應(yīng)突變的功能，具有自維護(hù)性，無(wú)須更多人工維護(hù)和干預(yù)。因此， 本路由方法步驟簡(jiǎn)單，易于實(shí)施。
本發(fā)明結(jié)合礦井巷道的地形特點(diǎn)，提出一種應(yīng)用于井下無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的高效路由方法， 用于井下監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的高效轉(zhuǎn)發(fā)和處理。結(jié)合雙向拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和節(jié)點(diǎn)位置信息，本路由方法包 含以下功能臨界角度和臨界距離確定、發(fā)送功率控制、接收功率估計(jì)、路由選擇和切換、 路由冗余消息壓制、互補(bǔ)路由成形。具體步驟為首先確定井下巷道環(huán)境功率估計(jì)和路由 切換的臨界角度和臨界距離；發(fā)送節(jié)點(diǎn)根據(jù)鄰居節(jié)點(diǎn)的位置信息，選擇最優(yōu)的下一跳節(jié)點(diǎn)， 并根據(jù)是近壁傳播還是洞中傳播，動(dòng)態(tài)調(diào)整發(fā)送功率；接收節(jié)點(diǎn)根據(jù)發(fā)送節(jié)點(diǎn)的方位確定 發(fā)送節(jié)點(diǎn)選擇的傳播方式并做出相應(yīng)的接收功率估計(jì)； 一旦接收節(jié)點(diǎn)確定自己為最優(yōu)轉(zhuǎn)發(fā) 節(jié)點(diǎn)，便壓制冗余的RREQ,優(yōu)先進(jìn)行RREQ轉(zhuǎn)發(fā)處理。同時(shí)如果建立的路徑中由于某 個(gè)節(jié)點(diǎn)失效導(dǎo)致路徑中斷，依靠記錄的RREQ消息還能找到互補(bǔ)的路徑恢復(fù)路由。 ANDREW路由充分考慮了井下巷道通信環(huán)境的特點(diǎn)，是一種魯棒性高的自適應(yīng)地理路由 協(xié)議，非常適合于應(yīng)用在井下監(jiān)控和救災(zāi)系統(tǒng)。


圖l礦井巷道切面和傳播夾角示意圖2建模后的巷道模型以及雙向拓?fù)淠Ｊ较碌墓?jié)點(diǎn)通信示意圖;
圖3是互補(bǔ)路徑的建立過(guò)程示意圖； 圖4是實(shí)施例1中路由方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。 實(shí)施例l:
首先，采用2.4GHz的傳感器節(jié)點(diǎn)，以雙向拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)部署于井下巷道。將巷道環(huán)境抽 象為圓柱結(jié)構(gòu)后，無(wú)線信號(hào)在巷道內(nèi)的傳播可以分為兩類 一類是近壁傳播，實(shí)際情況下，
近壁傳播會(huì)受到巷道凹凸不平的表面結(jié)構(gòu)和材質(zhì)不一的地質(zhì)成分干擾，從而路徑損耗大，
在這種情況下，我們用對(duì)數(shù)距離路徑損耗模型進(jìn)行信號(hào)強(qiáng)度的估計(jì)；另一類傳播模式是洞 中傳播，在這種情況下，信號(hào)直接跨過(guò)巷道空洞，傳播到平行部署的節(jié)點(diǎn)上，這種傳播， 不受巷道表面結(jié)構(gòu)的影響，所以可以用自由空間模型進(jìn)行信號(hào)強(qiáng)度估計(jì)。路由要求節(jié)點(diǎn)盡 量選擇自由空間模式進(jìn)行信號(hào)傳播， 一方面可以降低路徑損耗，另一方面在相同傳輸功率 下，自由空間模型比對(duì)數(shù)距離路徑損耗模型傳播的距離遠(yuǎn)。同時(shí)，在相同接收門限下，傳 播相同的距離，洞中傳播比近壁傳播需要的功耗小，可以達(dá)到節(jié)約傳感器節(jié)點(diǎn)的目的。本 路由方法根據(jù)巷道傳播環(huán)境選擇偏向自由空間傳播的特點(diǎn)，可以降低路徑損耗，減少傳播 功耗，選擇跳數(shù)少的路徑最快到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)。
根據(jù)巷道中的這種傳播機(jī)制，結(jié)合節(jié)點(diǎn)間的角度和距離關(guān)系，設(shè)計(jì)了一套路由機(jī)制用 于路徑選擇和消息轉(zhuǎn)發(fā)。其步驟如下
a.在路由切換階段，引入臨界角這一尺度。臨界角定義為影響信號(hào)傳播方式的節(jié)點(diǎn)間 向量和圓柱巷道切面夾角的臨界值。當(dāng)節(jié)點(diǎn)間夾角小于臨界角時(shí)，信號(hào)的傳播方式主要為 近壁傳播，考慮到巷道壁表面的地質(zhì)特征，采用對(duì)數(shù)距離路徑損耗模型估計(jì)接收信號(hào)強(qiáng)度 比較準(zhǔn)確；當(dāng)節(jié)點(diǎn)間夾角大于等于臨界角時(shí)，信號(hào)的傳播方式主要為洞中傳播，信號(hào)在洞 中傳播收到的地質(zhì)環(huán)境干擾下，采用自由空間模型估計(jì)接收信號(hào)強(qiáng)度比較準(zhǔn)確。當(dāng)給定接 收門限時(shí)，傳播相同的距離，自由空間傳播比近壁傳播受到的損耗和干擾小，因此，即使 自由空間模型中發(fā)送節(jié)點(diǎn)采用比對(duì)數(shù)距離路徑損耗模型更小的發(fā)送功率，也能在接收節(jié)點(diǎn) 得到接收門限以上的接收功率。根據(jù)以上原理，當(dāng)發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)下一跳鄰居節(jié)點(diǎn)中有一個(gè) 夾角大于等于臨界角時(shí)，它判定為可以采用自由空間傳播，降低發(fā)送功率；當(dāng)發(fā)送節(jié)點(diǎn)找 不到夾角大于等于臨界角的鄰居節(jié)點(diǎn)時(shí)，它判定采用對(duì)數(shù)距離路徑損耗傳播，增大發(fā)送功 率。ANDREW中定義接收門限為2.8 Xl()-n瓦，自由空間模型和對(duì)數(shù)距離路徑損耗模型 中具體的發(fā)送功率根據(jù)不同的傳播距離動(dòng)態(tài)調(diào)整。
對(duì)數(shù)距離路徑損耗模型是一種干擾環(huán)境下有效的信號(hào)估計(jì)模型，其路徑損耗模型公式 如下rf是發(fā)送節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)之間的距離，p丄w)是在rf的路徑損耗，A是參考距離，p丄o是
在A的路徑損耗，y表示路徑損耗指數(shù)，S表示均值為0、標(biāo)準(zhǔn)偏差為(j的對(duì)數(shù)正態(tài)隨機(jī)陰影 成分。通常情況下，取rf^lm。
根據(jù)對(duì)數(shù)距離路徑損耗模型的特點(diǎn)，臨界角的確定也取決于平均傳播干擾的程度，即 巷道壁粗糙程度的均值。假設(shè)巷道壁平均凹凸在垂直于巷道壁方向的距離為BC,信號(hào)傳播 平行于巷道壁方向的距離為AB,則臨界角的值表示如下
一般臨界角值可取定為5度，根據(jù)不同井下環(huán)境巷道壁的平均粗糙程度，可適當(dāng)調(diào)整 具體的臨界角。
在接收端，接受門限為能正確接收和解調(diào)信號(hào)的一個(gè)門限值，通常情況下由用戶定義 的誤比特率或者誤碼率決定。誤比特率或者誤碼率越低，則要求接受門限越高，這樣才能 正確接收有效的信號(hào)。
b. 在消息轉(zhuǎn)發(fā)階段， 一個(gè)接收節(jié)點(diǎn)可能收到來(lái)自不同節(jié)點(diǎn)的重復(fù)消息，或者同一節(jié)點(diǎn) 的多個(gè)消息，形成不必要的冗余接收信息，影響轉(zhuǎn)發(fā)的效能。本發(fā)明充分利用洞中的自由 空間傳播方式，提出一種基于角度和距離的轉(zhuǎn)發(fā)算法，給不同的節(jié)點(diǎn)賦以不同的轉(zhuǎn)發(fā)延遲。 發(fā)送節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)的夾角定義為兩點(diǎn)連線和圓柱切面的夾角。給定臨界角，在夾角大于 臨界角，選擇自由空間傳播時(shí)，采用與發(fā)送節(jié)點(diǎn)夾角小的接收節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，意味著該數(shù) 據(jù)一跳傳播的更遠(yuǎn)，同時(shí)到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)需要的跳數(shù)和時(shí)間更少。同時(shí)考慮節(jié)點(diǎn)距離的因素， 保證不會(huì)選擇間距大于有效通信半徑的節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)。
c. 冗余信息壓制階段，當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)收到一個(gè)RREQ (路由請(qǐng)求，Route Request),并 不立即轉(zhuǎn)發(fā)，而是偵聽(tīng)一段時(shí)間，以確保在它的通信半徑內(nèi)，它是第一個(gè)收到該RREQ的 節(jié)點(diǎn)，從而在偵聽(tīng)期后有優(yōu)先權(quán)轉(zhuǎn)發(fā)該RREQ。如果節(jié)點(diǎn)在這個(gè)偵聽(tīng)期內(nèi)又收到同樣的 RREQ，它將意識(shí)到有其他節(jié)點(diǎn)更早收到該RREQ并已經(jīng)轉(zhuǎn)發(fā)。那么該節(jié)點(diǎn)將丟棄該 RREQ而不轉(zhuǎn)發(fā)。因此，ANDREW將保證發(fā)送節(jié)點(diǎn)的下一跳鄰居節(jié)點(diǎn)中只有一個(gè)能完成 轉(zhuǎn)發(fā)，減少了冗余RREQ信息和RREQ的轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)間。
d. 互補(bǔ)路徑成形階段，當(dāng)其中一條路徑因?yàn)槟承┕?jié)點(diǎn)損壞而失效，要求數(shù)據(jù)能夠快速 切換到另外一個(gè)互補(bǔ)路徑，繼續(xù)利用自由空間傳播模型通信。為了形成互補(bǔ)路徑，每個(gè)節(jié) 點(diǎn)在收到最先到的RREQ之后，還要記錄一個(gè)與此RREQ對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)間向量垂直的另一個(gè)RREQ的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)。這樣利用向量垂直互補(bǔ)的關(guān)系，可以在一個(gè)節(jié)點(diǎn)失效的情況下，采用 另一個(gè)節(jié)點(diǎn)的路由信息進(jìn)行數(shù)據(jù)信息發(fā)送。
如圖1 4所示，由于礦井巷道內(nèi)部的實(shí)地地形類似于圓柱巷道，因此可以抽象為圖l和 圖2所示模型。
圖1顯示了礦井巷道抽象為圓柱模型后，圓柱巷道切面和傳播夾角的關(guān)系。設(shè)A，B 為進(jìn)行通信的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，點(diǎn)A，B，E都是巷道壁上的點(diǎn)，面ABE為圓柱巷道的截面，過(guò)A 點(diǎn)引圓柱巷道的切面T， AC和BD都垂直于切面T，角ZBAD為傳播路徑AB與切面T 的夾角。
在圖2中，節(jié)點(diǎn)部署采用雙向結(jié)構(gòu)。節(jié)點(diǎn)部署在巷道壁上兩條平行線上，與天線的高 度大概一致。奇數(shù)序號(hào)節(jié)點(diǎn)布置在一條線上，偶數(shù)序號(hào)節(jié)點(diǎn)布置在另一邊。設(shè)SIZE—X表 示為巷道的長(zhǎng)度，SIZE一Y表示為巷道的高度。在X軸方向，節(jié)點(diǎn)依順序間距大致相同， 為SIZE一X/(Ns-l)米。比如1號(hào)節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)是(O， SIZE一Y/2， 0)， 2號(hào)節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)是 (SIZE—X/(NS-1)， -SIZE—Y/2， 0)，因此，分布在同一邊線上的節(jié)點(diǎn)間距為2SIZE—X/(NS-1) 米。采用自由空間和對(duì)數(shù)距離路徑損耗兩種傳播方式，臨界距離定義為兩者模型的接收功 率一樣時(shí)對(duì)應(yīng)的傳播距離，臨界角度定義為可繞過(guò)最大表明阻擋的近似角度。在圖2中， 在自由空間傳播模式中，AB與圓柱切面角度小于AC與圓柱切面角度，B點(diǎn)收到A的信 號(hào)后，具有轉(zhuǎn)發(fā)的優(yōu)先權(quán)，B將數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)發(fā)到D，同時(shí)壓制了點(diǎn)C的轉(zhuǎn)發(fā)。
圖3所示為路徑損壞情況下，互補(bǔ)路徑的選擇和建立。在惡劣的井下通信中，特別是 當(dāng)?shù)V難事故發(fā)生的時(shí)候，雖然ANDREW能找到一個(gè)最優(yōu)的路徑從源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)。仍 然需要提供幾條互補(bǔ)路徑用于平衡能量消耗和節(jié)點(diǎn)失效情況下的快速路由恢復(fù)。圖3中為 兩條互補(bǔ)的路徑。當(dāng)其中一條路徑損壞后，數(shù)據(jù)能夠快速切換到另外一個(gè)互補(bǔ)路徑，繼續(xù) 利用自由空間傳播模型通信。為了形成互補(bǔ)路徑，ANDREW的機(jī)制如下假設(shè)節(jié)點(diǎn)C已經(jīng) 收到了從節(jié)點(diǎn)A轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)的RREQ，在C轉(zhuǎn)發(fā)之前，它收到了另一個(gè)來(lái)自B的相同的RREQ。 如果向量AB近似與向量AC垂直，那么C將記錄來(lái)自A和來(lái)自B的這兩條路由信息。當(dāng)在緊 急情況下，圖中畫叉的節(jié)點(diǎn)損壞導(dǎo)致路徑中斷，節(jié)點(diǎn)C將聽(tīng)到節(jié)點(diǎn)A的節(jié)點(diǎn)錯(cuò)誤報(bào)告，因 此C將取代節(jié)點(diǎn)A采用節(jié)點(diǎn)B提供的路由傳輸數(shù)據(jù)。這樣，ANDREW便能形成理想的互補(bǔ) 路徑。
圖4是ANDREW路由的執(zhí)行流程圖。在每個(gè)節(jié)點(diǎn)確定好自己的坐標(biāo)，并且所有節(jié)點(diǎn) 坐標(biāo)信息已知后，發(fā)送節(jié)點(diǎn)開始發(fā)送數(shù)據(jù)。在發(fā)送數(shù)據(jù)的過(guò)程中，依照是否有鄰居節(jié)點(diǎn)與
自己形成的向量跟圓柱切面間的夾角大于臨界角，而決定是采用自由空間傳播模型還是采用對(duì)數(shù)距離路徑損耗模型。當(dāng)采用自由空間傳播模式時(shí)，發(fā)送節(jié)點(diǎn)相應(yīng)調(diào)小發(fā)送功率以節(jié) 約能量。發(fā)送節(jié)點(diǎn)偏向于采用自由空間傳播來(lái)減少路徑損耗。接收節(jié)點(diǎn)收到發(fā)送的數(shù)據(jù)后, 不立即轉(zhuǎn)發(fā)，而是先偵聽(tīng)一段時(shí)間，如果在這段時(shí)間沒(méi)有再收到重復(fù)的消息，接收節(jié)點(diǎn)確 定自己是最先收到該數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)，因此完成轉(zhuǎn)發(fā)。如果在偵聽(tīng)的過(guò)程中，又收到相同的消 息，說(shuō)明已經(jīng)有其他節(jié)點(diǎn)完成了該消息的轉(zhuǎn)發(fā)，則壓制該消息不轉(zhuǎn)發(fā)，并刪除冗余信息。
權(quán)利要求
1、一種應(yīng)用于井下無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的高效路由方法，網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)之間的信號(hào)傳播分為近壁傳播和洞中傳播2種模式；包括路由切換階段和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)階段，其特征在于，將巷道模擬為圓柱巷道；定義兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間的夾角為節(jié)點(diǎn)間向量和圓柱巷道切面的夾角；設(shè)定一臨界角；臨界角定義為影響信號(hào)傳播方式的節(jié)點(diǎn)間向量和圓柱巷道切面夾角的臨界值；在路由切換階段，當(dāng)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間的夾角小于所述的臨界角時(shí)，該兩節(jié)點(diǎn)間的信號(hào)傳輸采用近壁傳播模式；當(dāng)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間的夾角大于或等于所述的臨界角時(shí)，該兩節(jié)點(diǎn)間的信號(hào)傳輸采用洞中傳播模式。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的應(yīng)用于井下無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的髙效路由方法，其特征在于， 在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)階段，給不同的發(fā)送節(jié)點(diǎn)賦以轉(zhuǎn)發(fā)延遲，對(duì)于多個(gè)相鄰的接收節(jié)點(diǎn)，分別計(jì)算 各個(gè)所述接收節(jié)點(diǎn)與發(fā)送節(jié)點(diǎn)之間的夾角，發(fā)送節(jié)點(diǎn)向夾角小的接收節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的應(yīng)用于井下無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的高效路由方法，其特征在于， 在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)階段，當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)收到一個(gè)RREQ，先偵聽(tīng)，以確保在它的通信半徑內(nèi)，它是 第一個(gè)收到該RREQ的節(jié)點(diǎn)，從而在偵聽(tīng)期后有優(yōu)先權(quán)轉(zhuǎn)發(fā)該RREQ;如果該節(jié)點(diǎn)在該 偵聽(tīng)期內(nèi)又收到同樣的RREQ，該節(jié)點(diǎn)將丟棄最先收到的RREQ而不轉(zhuǎn)發(fā)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的應(yīng)用于井下無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的高效路由方法，其特征在于， 在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)設(shè)置互補(bǔ)路徑；具體方法為每個(gè)節(jié)點(diǎn)在收到最先到的RREQ之后，還要記 錄一個(gè)與此RREQ對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)間向量垂直的另一個(gè)RREQ的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)，當(dāng)其中一個(gè)節(jié)點(diǎn)失 效，采用另一個(gè)節(jié)點(diǎn)的路由信息進(jìn)行數(shù)據(jù)信息發(fā)送。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1~4任一項(xiàng)所述的應(yīng)用于井下無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的高效路由方法，其特 征在于，所述的近壁傳播采用對(duì)數(shù)距離路徑損耗模型傳播；所述的洞中傳播采用自由空間 模型傳播。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的應(yīng)用于井下無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的高效路由方法，其特征在于， 該路由方法所對(duì)應(yīng)的通信網(wǎng)絡(luò)釆用雙向部署的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，將節(jié)點(diǎn)平行等間隔安置在兩側(cè)巷 道壁上。
全文摘要
本發(fā)明結(jié)合礦井巷道的地形特點(diǎn)，提出一種應(yīng)用于井下無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的高效路由方法。首先確定井下巷道環(huán)境功率估計(jì)和路由切換的臨界角度和臨界距離；發(fā)送節(jié)點(diǎn)根據(jù)鄰居節(jié)點(diǎn)的位置信息，選擇最優(yōu)的下一跳節(jié)點(diǎn)，并根據(jù)是近壁傳播還是洞中傳播，動(dòng)態(tài)調(diào)整發(fā)送功率；接收節(jié)點(diǎn)根據(jù)發(fā)送節(jié)點(diǎn)的方位確定發(fā)送節(jié)點(diǎn)選擇的傳播方式并做出相應(yīng)的接收功率估計(jì)；一旦接收節(jié)點(diǎn)確定自己為最優(yōu)轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)，便壓制冗余的RREQ，優(yōu)先進(jìn)行RREQ轉(zhuǎn)發(fā)處理。同時(shí)如果建立的路徑中由于某個(gè)節(jié)點(diǎn)失效導(dǎo)致路徑中斷，依靠記錄的RREQ消息還能找到互補(bǔ)的路徑恢復(fù)路由。本路由方法充分考慮了井下巷道通信環(huán)境的特點(diǎn)，是一種魯棒性高的自適應(yīng)地理路由方法。
文檔編號(hào)H04W40/02GK101557629SQ20091004288
公開日2009年10月14日 申請(qǐng)日期2009年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月18日
發(fā)明者迪 吳, 曾凡仔, 李仁發(fā), 娟 羅, 玲 肖 申請(qǐng)人:湖南大學(xué)