專利名稱：基于Pareto最優(yōu)路徑的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)匯聚路由方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種能夠滿足可靠性、實(shí)時(shí)性等多目標(biāo)優(yōu)化的工業(yè)監(jiān)控傳感數(shù)據(jù)匯集 路由方法，屬于傳感器網(wǎng)絡(luò)和無線監(jiān)控技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)主要是由大量無處不在的具有通信與計(jì)算能力的微小傳感器節(jié) 點(diǎn)部署在監(jiān)控區(qū)域而構(gòu)成的自治網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。傳統(tǒng)的工業(yè)監(jiān)控主要使用的是有線網(wǎng)絡(luò)，存在 布線不靈活，受環(huán)境影響嚴(yán)重，系統(tǒng)維護(hù)復(fù)雜造價(jià)高等缺陷。因此，將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用 于工業(yè)監(jiān)控引起了國內(nèi)外廣泛的研究和關(guān)注。但工業(yè)應(yīng)用需求特殊，通常包含對數(shù)據(jù)傳輸 實(shí)時(shí)性和可靠性要求在內(nèi)的多個(gè)性能指標(biāo)和約束條件，而目前的傳感網(wǎng)的研究成果大都針 對單一目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化，因此如何應(yīng)用多目標(biāo)優(yōu)化方法，滿足通信實(shí)時(shí)性、可靠性、高速率以 及抗干擾等多方面性能需求，是成功地將WSN應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域的首要問題。在此之前，已公開了若干多目標(biāo)優(yōu)化的傳感器網(wǎng)絡(luò)路由方法的文獻(xiàn)和專利。例如， 文獻(xiàn)(米志超、周建江，帶約束的多目標(biāo)優(yōu)化的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由算法，應(yīng)用科學(xué)學(xué)報(bào)， 2008. 26)建立了傳感器網(wǎng)絡(luò)基于帶寬約束的能量和時(shí)延多目標(biāo)優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)模型，但其優(yōu)化 目標(biāo)并非是面向工業(yè)監(jiān)控的可靠性和實(shí)時(shí)性需求。文獻(xiàn)(王毅、張德運(yùn)、馬新新，無線傳感 器網(wǎng)絡(luò)基于模糊信息的QoS路由發(fā)現(xiàn)方法，傳感技術(shù)學(xué)報(bào)，2007. 20)和文獻(xiàn)(米志超、鮑民 權(quán)、周建江，傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于模糊決策的多目標(biāo)路由優(yōu)化算法，西安電子科技大學(xué)學(xué)報(bào)， 2008. 35)面向多業(yè)務(wù)對能耗、時(shí)延等性能的不同需求，通過路由算法對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)資 源分配，但均采用多目標(biāo)整數(shù)規(guī)劃和目標(biāo)簡化，沒有基于Pareto方法采用多路徑路由方法 達(dá)到多目標(biāo)優(yōu)化。專利CN101005422提出一種基于路由鄰居表建立無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由的 方法，選擇梯度值小且出度值最大的鄰居節(jié)點(diǎn)作為最優(yōu)的下一跳節(jié)點(diǎn)，沒有涉及實(shí)時(shí)性和 可靠性等多目標(biāo)優(yōu)化。專利CN101159697提出無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中時(shí)延限制下實(shí)現(xiàn)最小能耗 路由的方法，但每個(gè)節(jié)點(diǎn)都需要維護(hù)包括非鄰居節(jié)點(diǎn)的多路徑路由信息，耗費(fèi)大量存儲(chǔ)資 源，且算法復(fù)雜。總之，這些專利未能包含一種面向工業(yè)監(jiān)控實(shí)時(shí)可靠傳感器網(wǎng)絡(luò)的多目標(biāo)優(yōu)化的
路由方法。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)層次化分簇路由協(xié)議收集樹協(xié)議CTP (Collection Tree Protocol)提供傳感器節(jié)點(diǎn)到根節(jié)點(diǎn)盡最大可能、多跳的包傳遞路由服務(wù)。CTP是基于樹的 匯聚協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)中的一些節(jié)點(diǎn)將自己設(shè)為根節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)根據(jù)到根節(jié)點(diǎn)路由梯度形 成樹型路由結(jié)構(gòu)。CTP使用期望傳輸值ETX作為路由梯度。根節(jié)點(diǎn)的ETX為0，其它節(jié)點(diǎn)的 ETX為其父節(jié)點(diǎn)的ETX值加上到父節(jié)點(diǎn)鏈路的ETX值。節(jié)點(diǎn)選擇路徑時(shí)，在得到了所有候選 父節(jié)點(diǎn)到根節(jié)點(diǎn)的ETX值后，選取ETX值最小的那條作為路由路徑。因此，由CTP的功能可 以得出，直接將CTP用于具有實(shí)時(shí)可靠多目標(biāo)性能優(yōu)化要求的工業(yè)傳感監(jiān)控網(wǎng)，主要有三 點(diǎn)局限1.單一的ETX值無法反映多性能指標(biāo)梯度，2. EXT最小的單路徑路由選擇方法，無 法滿足多目標(biāo)優(yōu)化需求，3. CTP沒有考慮數(shù)據(jù)傳輸延遲控制機(jī)制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一個(gè)基于多目標(biāo)優(yōu)化思想的WSN實(shí)時(shí)收集樹路由方法 TCTP (Timed Collection Tree Protocol)，是收集樹路由協(xié)議 CTP (Collection Tree Protocol)的改進(jìn)算法，采用分布式動(dòng)態(tài)優(yōu)化，保證傳感數(shù)據(jù)在允許的時(shí)間范圍內(nèi)，最可靠 地傳輸?shù)絽R聚節(jié)點(diǎn)，以滿足工業(yè)傳感網(wǎng)對監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)實(shí)時(shí)可靠的傳輸需求。1.為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供了一種基于Pareto最優(yōu)路徑的 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)匯聚路由方法，傳感器網(wǎng)絡(luò)由部署在監(jiān)控區(qū)域的數(shù)個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)和一個(gè)匯 聚節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，其特征在于采用基于Pareto多目標(biāo)優(yōu)化策略的收集樹路由方法，步驟為步驟1、傳感器節(jié)點(diǎn)根據(jù)鏈路質(zhì)量評估，獲得到相鄰傳感器節(jié)點(diǎn)的多性能鏈路質(zhì)量 參數(shù)，建立多性能鏈路質(zhì)量表；步驟2、匯聚節(jié)點(diǎn)作為根節(jié)點(diǎn)向相鄰的傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)布路由信息；步驟3、傳感器節(jié)點(diǎn)具有路由功能，根據(jù)接收的路由信息和建立的多性能鏈路質(zhì)量 表，計(jì)算到匯聚節(jié)點(diǎn)的多性能傳輸參數(shù)，基于Pareto最優(yōu)路徑建立Pareto最優(yōu)多路徑路由 表，并將更新的Pareto最優(yōu)多路徑路由信息發(fā)送給相鄰的傳感器節(jié)點(diǎn)；步驟4、傳感器節(jié)點(diǎn)根據(jù)Pareto最優(yōu)多路徑路由表，進(jìn)行多路徑路由選擇，發(fā)送或 轉(zhuǎn)發(fā)傳感數(shù)據(jù)。本發(fā)明的有益效果是將Pareto多目標(biāo)優(yōu)化方法應(yīng)用于傳感器網(wǎng)絡(luò)多路徑路由， 動(dòng)態(tài)分布式地多性能指標(biāo)優(yōu)化路由選擇；路由算法結(jié)構(gòu)簡單，實(shí)現(xiàn)容易，資源占用少；使傳 感器網(wǎng)絡(luò)在傳輸路徑選擇上具有更強(qiáng)的適用性和靈活性，尤其是滿足了工業(yè)監(jiān)控等領(lǐng)域?qū)?實(shí)時(shí)可靠等多目標(biāo)的傳輸性能需求，為工業(yè)傳感網(wǎng)的應(yīng)用提供有效的解決方案。


圖1為傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)傳輸模型；圖2為本發(fā)明的Pareto最優(yōu)多路徑路由表的建立流程圖；圖3為本發(fā)明的多路徑路由選擇和轉(zhuǎn)發(fā)流程圖；圖4為本發(fā)明的Pareto最優(yōu)多路徑路由表實(shí)例圖；圖5為本發(fā)明的Pareto最優(yōu)路徑形成的Pareto前沿。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明 而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人 員可以對本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定 的范圍。實(shí)施例本發(fā)明提出的Pareto最優(yōu)路徑匯聚樹協(xié)議的實(shí)現(xiàn)分為單跳鏈路質(zhì)量估計(jì)，路由 建立和路徑選擇三個(gè)部分。1單跳鏈路質(zhì)量估計(jì)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的傳輸模型如圖1所示，其中，以傳感器節(jié)點(diǎn)A所在位置0為
5中心，以傳感器節(jié)點(diǎn)A發(fā)出的無線射頻信號(hào)覆蓋的有效范圍形成的區(qū)域稱為傳感器節(jié)點(diǎn)A 的傳輸區(qū)域。落在傳感器節(jié)點(diǎn)A的傳輸區(qū)域中的傳感器節(jié)點(diǎn)，都是傳感器節(jié)點(diǎn)A的鄰節(jié)點(diǎn)， 如圖1中傳感器節(jié)點(diǎn)B、傳感器節(jié)點(diǎn)C都是傳感器節(jié)點(diǎn)A的鄰節(jié)點(diǎn)。單跳鏈路質(zhì)量估計(jì)包括 以下三個(gè)步驟(設(shè)鏈路發(fā)送傳感器節(jié)點(diǎn)為B，接收傳感器節(jié)點(diǎn)為A)(1)傳感器節(jié)點(diǎn)B連續(xù)向傳感器節(jié)點(diǎn)A發(fā)送5個(gè)記錄了發(fā)送時(shí)刻的數(shù)據(jù)幀；(2)傳感器節(jié)點(diǎn)A計(jì)算入站鏈路質(zhì)量(in-bound link quality)傳感器節(jié)點(diǎn)A點(diǎn) 成功接收到從傳感器節(jié)點(diǎn)B點(diǎn)發(fā)送的連續(xù)幀的概率和平均時(shí)延，定義為傳感器節(jié)點(diǎn)B到傳 感器節(jié)點(diǎn)A的入站鏈路質(zhì)量。傳感器節(jié)點(diǎn)A接收數(shù)據(jù)并記錄接收時(shí)刻，分別計(jì)算出可靠性 度量G (B, A)和延時(shí)T (B, A)，計(jì)算方法如下例如傳感器節(jié)點(diǎn)B向節(jié)點(diǎn)A發(fā)送5個(gè)數(shù)據(jù)幀，其中3號(hào)幀丟失。發(fā)送時(shí)刻的時(shí)間 序列是TCT1, T2, T3, T4, T5)，接收時(shí)刻的時(shí)間序列為f CT1, τ*2, τ*4, f5)，則G(B，A) = 4 + 5 = 0. 8(1)T(B，(2)(3)傳感器節(jié)點(diǎn)B獲得鏈路(Β，Α)的出站鏈路質(zhì)量(out-bound link quality)傳 感器節(jié)點(diǎn)B成功發(fā)送到傳感器節(jié)點(diǎn)A的連續(xù)幀的概率和平均時(shí)延分別記為G(B，A)和T (B， A)。傳感器節(jié)點(diǎn)B無法直接測出到傳感器節(jié)點(diǎn)A的出站鏈路質(zhì)量，它是通過傳感器節(jié)點(diǎn)A 發(fā)送數(shù)據(jù)幀中攜帶的入站鏈路質(zhì)量信息獲得的。傳感器節(jié)點(diǎn)A計(jì)算鏈路(B，A)的入站鏈路 質(zhì)量后，將該信息發(fā)送給傳感器節(jié)點(diǎn)B。2路由拓?fù)浜徒⒃O(shè)傳感器網(wǎng)絡(luò)中的普通傳感器節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)為n，Ni表示傳感器節(jié)點(diǎn)，S表示匯聚節(jié)點(diǎn)， 傳感器網(wǎng)絡(luò)中的傳感器節(jié)點(diǎn)集為{N” 1 ^ i ^ n} U {S} 0設(shè)允許的傳感器數(shù)據(jù)發(fā)送到匯聚 節(jié)點(diǎn)的最大延遲為Tmax。設(shè)傳感器節(jié)點(diǎn)Ni的鄰節(jié)點(diǎn)集為{Α」}。每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)Ni維護(hù)一個(gè) 多路徑路由表，當(dāng)接收到鄰節(jié)點(diǎn)的路由信息，根據(jù)需要更新自己的路由表，并將更新的路由 表發(fā)送給其鄰居節(jié)點(diǎn)。每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)多路徑路由表的記錄為四元組(Ni, Nj, G(Ni, S)，T(Ni, S))，分別為 當(dāng)前傳感器節(jié)點(diǎn)的標(biāo)識(shí)，上一跳傳感器節(jié)點(diǎn)的標(biāo)識(shí)，當(dāng)前傳感器節(jié)點(diǎn)到匯聚Sink節(jié)點(diǎn)的傳 輸可靠性度量G (Ni，S)和傳輸延遲T (Ni，S)。TCTP網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議實(shí)現(xiàn)方法如下初始時(shí)，匯聚節(jié)點(diǎn)設(shè)置為(S，S，1，0)，其他節(jié)點(diǎn) 設(shè)置為(0，隊(duì)，0，^)。當(dāng)T(Ni; S) <⑴，傳感器節(jié)點(diǎn)隊(duì)發(fā)布路由信息。首先，Sink節(jié)點(diǎn)廣 播路由消息。傳感器節(jié)點(diǎn)Ni從傳感器節(jié)點(diǎn)Nj接收到一條路由消息(Nj, Nx, G(NJ; S)，T(Nj, S))后，其中，傳感器節(jié)點(diǎn)Nk為傳感器節(jié)點(diǎn)Nj的父節(jié)點(diǎn)，基于傳感器節(jié)點(diǎn)Ni單跳鏈路質(zhì)量表 和路由表，判斷傳感器 是否是一個(gè)潛在的父節(jié)點(diǎn)，并且經(jīng)傳感器 的路徑性能度量是否 屬于Pareto非劣解，具體流程如下，其流程圖如圖2所示(1)如果在傳感器Ni鏈路質(zhì)量表中存在記錄(Ni, Nj, G (Ni, Nj)，T (Ni, Nj)),即傳感 器節(jié)點(diǎn) Nj 為傳感器節(jié)點(diǎn) Ni 的鄰節(jié)點(diǎn)，則 G(Ni; S) = G(NJ; S)xG(Ni; Nj)，T(Ni, S) = T(Nj, SHT(NpNj)；如果不存在，則算法結(jié)束，返回；(2)如果在傳感器節(jié)點(diǎn)Ni路由表中，不存在經(jīng)過傳感器節(jié)點(diǎn)Nj的路由記錄，則直接 轉(zhuǎn)到⑶。否貝1J，假設(shè)已經(jīng)存在記錄(Hi,H」，G’ (Ni;S)，T，(Ni, S))，且如果，G(NiiS)OG' (Ni,S)或者T (NpS)OT' (Ni, S)，則刪除該原有記錄(NyN^G，(Ni, S)，Τ，(Ni, S))；否則算法結(jié) 束，返回。(3)如果在傳感器節(jié)點(diǎn)Ni路由表中，存在記錄(Ni, N1;G* (Ni, S)，Τ* (Ni, S))，節(jié)點(diǎn)N1 是節(jié)點(diǎn)Ni的一個(gè)父節(jié)點(diǎn)，G(Ni;S) < GH S)且T(Ni;S) > Τ*(Ni, S)，則算法結(jié)束，返回；否 則，將(NyNpG(NyS)J(NyS))加入到傳感器節(jié)點(diǎn)Ni的路由表中，其中，GH S)表示父 節(jié)點(diǎn)為N1時(shí)，節(jié)點(diǎn)Ni到匯聚節(jié)點(diǎn)S的可靠性度量，Τ*(Ν" S)表示父節(jié)點(diǎn)為N1時(shí)，節(jié)點(diǎn)Ni到 匯聚節(jié)點(diǎn)S的延遲時(shí)間。(4)如果在傳感器節(jié)點(diǎn)Ni路由表中，存在記錄(^，6"(隊(duì)，幻，廣(隊(duì)，幻)，節(jié)點(diǎn)乂 是節(jié)點(diǎn) Ni 的一個(gè)父節(jié)點(diǎn)，G(Ni; S) > G**(Ni, S)且 T(Ni; S) < T**(Ni, S)，則將(Ni, Nm，G"(Ni, S)，T**(Ni, S))從Ni的路由表中刪除，其中，G**(Ni, S)表示父節(jié)點(diǎn)為Nffl時(shí)，節(jié)點(diǎn)Ni到匯聚 節(jié)點(diǎn)S的可靠性度量，T**(Ni, S)表示表示父節(jié)點(diǎn)為Nm時(shí)，節(jié)點(diǎn)Ni到匯聚節(jié)點(diǎn)S的延遲時(shí) 間。(5)如果某個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)Ni更新路由表時(shí)，則向鄰節(jié)點(diǎn)廣播路由信息。3路徑選擇作為TCTP的第三個(gè)部分，路徑選擇模塊完成傳感器節(jié)點(diǎn)和路由節(jié)點(diǎn)的Pareto多 路徑選擇和數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)任務(wù)，即節(jié)點(diǎn)在其路由表中查詢一條多目標(biāo)Pareto最優(yōu)路徑，即 到匯聚節(jié)點(diǎn)的總延遲小于最大延遲為Tmax，且可靠性最高。設(shè)傳感器節(jié)點(diǎn)Ni收到待轉(zhuǎn)發(fā)的 數(shù)據(jù)幀P，其累計(jì)的傳輸延遲為Tp，并作為協(xié)議幀頭字段包含在數(shù)據(jù)幀中。初始化到匯聚節(jié) 點(diǎn)可靠性度量最大值Gmax = 0，則Ni遍歷路由表進(jìn)行路徑選擇和轉(zhuǎn)發(fā)過程如下所示，其流程 圖如圖3所示(1)初始化，將路由表第一條記錄作為當(dāng)前記錄；(2)取當(dāng)前路由記錄為(Ni, Nj, G(Ni, S)，T(Ni, S))，判斷三種情況i.如果 T (Ni, S) +Tp > Tmax，則轉(zhuǎn)到(3)；ii.G(Ni; S) < Gmax，則轉(zhuǎn)到(3)；iii.如果 T (Ni, S)+Tp <= Tmax，而且 G (Ni, S) > Gmax，則 Gmax = G (Ni，S)，下一跳節(jié) 點(diǎn)設(shè)為Nj，轉(zhuǎn)到(3)(3)后移到下一條路由記錄，如果不是最后一條記錄，則轉(zhuǎn)到(2)，否則退出。圖4是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)例圖。為了簡化說明，根據(jù)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的第一步，得到多性 能鏈路質(zhì)量表。這里只列出了各節(jié)點(diǎn)中鏈路質(zhì)量表中相關(guān)的表項(xiàng)A[(1，1，1，0)]，B[(2，1， 0. 8，10)，(2,3,0. 9，10)]，C[(3，1,0. 6,10)，(3,2,0. 9，10) ]，D[ (4，3，0. 8，5) ]，F(xiàn)[ (6，2，0. 4， 60)，(6，3，0.8，80)，(6，4，0.8，5)]。以節(jié)點(diǎn)F為例，對應(yīng)于圖4，其所有可能的路徑信息如 表1。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施的第二步，建立了 Pareto最優(yōu)多路徑路由表(01)，如表2，路徑FCA， FCBAjFDCA和FDCBA(圖4中相應(yīng)圖例標(biāo)注為*)構(gòu)成了節(jié)點(diǎn)F的多目標(biāo)優(yōu)化路徑的Pareto 前沿，如圖5所示。表1節(jié)點(diǎn)F獲得的所有路由信息
當(dāng)前節(jié)點(diǎn)可選路徑傳輸質(zhì)量時(shí)間延遲
7 表2節(jié)點(diǎn)F計(jì)算得到的Pareto最優(yōu)路徑集合 根據(jù)本發(fā)明Pareto最優(yōu)路徑的定義，由圖5可知點(diǎn)(0. 384，20)，(0. 4608,30)， (0. 48，90)，(0. 576，100)，屬于Pareto非劣解；而點(diǎn)(0. 32，70)不是Pareto前沿，所以在路 徑選擇中，該點(diǎn)不屬于考慮范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種基于Pareto最優(yōu)路徑的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)匯聚路由方法，傳感器網(wǎng)絡(luò)由部署在監(jiān)控區(qū)域的數(shù)個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)和一個(gè)匯聚節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，其特征在于采用基于Pareto多目標(biāo)優(yōu)化策略的收集樹路由方法，步驟為步驟1、傳感器節(jié)點(diǎn)根據(jù)鏈路質(zhì)量評估，獲得到相鄰傳感器節(jié)點(diǎn)的多性能鏈路質(zhì)量參數(shù)，建立多性能鏈路質(zhì)量表；步驟2、匯聚節(jié)點(diǎn)作為根節(jié)點(diǎn)向相鄰的傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)布路由信息；步驟3、傳感器節(jié)點(diǎn)具有路由功能，根據(jù)接收的路由信息和建立的多性能鏈路質(zhì)量表，計(jì)算到匯聚節(jié)點(diǎn)的多性能傳輸參數(shù)，基于Pareto最優(yōu)路徑建立Pareto最優(yōu)多路徑路由表，并將更新的Pareto最優(yōu)多路徑路由信息發(fā)送給相鄰的傳感器節(jié)點(diǎn)；步驟4、傳感器節(jié)點(diǎn)根據(jù)Pareto最優(yōu)多路徑路由表，進(jìn)行多路徑路由選擇，發(fā)送或轉(zhuǎn)發(fā)傳感數(shù)據(jù)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于Pareto最優(yōu)路徑的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)匯聚路由方法，其 特征在于所述多性能鏈路質(zhì)量表記錄為四元組(Ni, Nj, G(Ni, Nj) ,T(Ni, Nj))，其中，Ni為鏈 路發(fā)送傳感器節(jié)點(diǎn)的標(biāo)識(shí)，Nj為鏈路接收傳感器節(jié)點(diǎn)的標(biāo)識(shí)，G(Ni, Nj)為傳感器節(jié)點(diǎn)Ni到 傳感器節(jié)點(diǎn)Nj的鏈路可靠性度量，T (Ni, Nj)為傳感器節(jié)點(diǎn)Ni到傳感器節(jié)點(diǎn)Nj的鏈路延遲度量。
3.如權(quán)利要求1所述的一種基于Pareto最優(yōu)路徑的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)匯聚路由方法， 其特征在于所述Pareto最優(yōu)路徑定義如下對于可行路徑x* e Θ，設(shè)網(wǎng)絡(luò)多性能度量為 fj (x*)，j = 1，…，q，當(dāng)且僅當(dāng)不存在另一個(gè)可行路徑χ e Θ，使所有不等式fj (χ) ^ fj (χ*)， j = l，Kq成立，且至少存在一個(gè)丸e {1，恥}，使嚴(yán)格不等式^00 < fJ0(x*)成立，則稱χ* 為路由多目標(biāo)優(yōu)化問題的一個(gè)Pareto最優(yōu)路徑。
4.如權(quán)利要求1所述的一種基于Pareto最優(yōu)路徑的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)匯聚路由方法， 其特征在于所述基于Pareto最優(yōu)路徑建立Pareto最優(yōu)路徑路由表是指，對于傳感器節(jié) 點(diǎn)Ni,傳感器節(jié)點(diǎn)Ni的所有Pareto最優(yōu)路徑構(gòu)成了節(jié)點(diǎn)Ni的Pareto最優(yōu)多路徑路由表， Pareto最優(yōu)多路徑路由表的記錄為四元組(Ni, Nj, G(Ni, S)，T(Ni, S))，Ni為當(dāng)前傳感器節(jié) 點(diǎn)的標(biāo)識(shí)， 為父傳感器節(jié)點(diǎn)的標(biāo)識(shí)，G(NyS)為當(dāng)前傳感器節(jié)點(diǎn)Ni到匯聚節(jié)點(diǎn)S的傳輸可 靠性度量，Τ(Ν” S)為當(dāng)前傳感器節(jié)點(diǎn)Ni到匯聚節(jié)點(diǎn)S的傳輸延遲，S為匯聚節(jié)點(diǎn)的標(biāo)識(shí)。
5.如權(quán)利要求1所述的一種基于Pareto最優(yōu)路徑的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)匯聚路由方法， 其特征在于所述Pareto最優(yōu)多路徑路由表的初始設(shè)置為匯聚節(jié)點(diǎn)S路由表初始設(shè)置為 (S，S，1，0)，其他節(jié)點(diǎn)設(shè)置為(Ni, -，0，⑴)，Ni為當(dāng)前傳感器節(jié)點(diǎn)的標(biāo)識(shí)，S為匯聚節(jié)點(diǎn)的標(biāo) 識(shí)。
6.如權(quán)利要求1所述的一種基于Pareto最優(yōu)路徑的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)匯聚路由方法， 其特征在于所述Pareto最優(yōu)多路徑路由表的建立過程為設(shè)傳感器節(jié)點(diǎn)Ni從傳感器節(jié)點(diǎn) Nj接收到一條路由消息(Nj, Nk, G (Nj, S)，T (Nj, S))后，其中，傳感器節(jié)點(diǎn)Nk為傳感器節(jié)點(diǎn)Nj 的父節(jié)點(diǎn)，基于傳感器節(jié)點(diǎn)Ni的多性能鏈路質(zhì)量表和Pareto最優(yōu)多路徑路由表，判斷經(jīng)傳 感器節(jié)點(diǎn) 的路徑是否屬于Pareto非劣解，其中，Ni為鏈路接收傳感器節(jié)點(diǎn)的標(biāo)識(shí)，Nj為 鏈路發(fā)送傳感器節(jié)點(diǎn)的標(biāo)識(shí)，具體流程如下，步驟3. 1、如果在傳感器節(jié)點(diǎn)Ni的多性能鏈路質(zhì)量表中存在記錄(Ni, Nj, G(Ni, Nj), T(Ni, Nj)),即傳感器節(jié)點(diǎn)Nj為傳感器節(jié)點(diǎn)Ni的鄰節(jié)點(diǎn)，則G(Ni; S) = G(Nj, S) XG(Ni, Nj)，T (Ni, S) = T (Nj, ^+T(Ni5Nj)；如果不存在，則算法結(jié)束，返回；步驟3. 2、如果在傳感器節(jié)點(diǎn)Ni的路由表中，不存在經(jīng)過傳感器節(jié)點(diǎn)Nj的路由記錄， 則直接轉(zhuǎn)到下一步，否則，假設(shè)已經(jīng)存在記錄(Ni, Nj, G’ (Ni, S)，T’ (Ni, S))，且如果，G (Ni, S) OG' (Ni, S)或者 T(N^S)OT' (Ni, S)，則刪除該原有記錄(Ni, N」，G，(Ni;S)，T，(Ni, S))； 否則算法結(jié)束，返回，其中，G’ (Ni;S)是指父節(jié)點(diǎn)為 時(shí)，節(jié)點(diǎn)Ni到匯聚節(jié)點(diǎn)S的可靠性度 量，T’ (Ni, S)是指父節(jié)點(diǎn)為Nj時(shí)，節(jié)點(diǎn)Ni到匯聚節(jié)點(diǎn)S的延遲時(shí)間；步驟3. 3、如果在傳感器節(jié)點(diǎn)Ni路由表中，存在記錄(N” N1, G*(Ni; S)，T*(Ni S))，節(jié)點(diǎn) N1是節(jié)點(diǎn)隊(duì)的一個(gè)父節(jié)點(diǎn)，G(Ni;S) <G*(Ni;S)且T(Ni;S) > Τ*(Ni, S)，則算法結(jié)束，返回; 否則，將(Ni, Nj, G(Ni, S)，T(Ni, S))加入到傳感器節(jié)點(diǎn)Ni的路由表中，其中，G*(Ni S)表示 父節(jié)點(diǎn)為N1時(shí)，節(jié)點(diǎn)Ni到匯聚節(jié)點(diǎn)S的可靠性度量，T*(Ni; S)表示父節(jié)點(diǎn)為N1時(shí)，節(jié)點(diǎn)Ni 到匯聚節(jié)點(diǎn)S的延遲時(shí)間；步驟3. 4、如果在傳感器節(jié)點(diǎn)Ni路由表中，存在記錄(N” Nffl, G**(Ni, S)，T**(Ni, S))，節(jié) 點(diǎn) Nm 是節(jié)點(diǎn) Ni 的一個(gè)父節(jié)點(diǎn)，G(Ni, S) > G**(Ni, S)且 T(Ni; S) < T**(Ni, S)，則將(Ni, Nm, G**(Ni, S)，T**(Ni, S))從傳感器節(jié)點(diǎn)Ni的路由表中刪除，其中，G**(Ni, S)表示父節(jié)點(diǎn)為Nm 時(shí)，節(jié)點(diǎn)Ni到匯聚節(jié)點(diǎn)S的可靠性度量，THS)表示表示父節(jié)點(diǎn)為Nm時(shí)，節(jié)點(diǎn)Ni到匯聚 節(jié)點(diǎn)S的延遲時(shí)間；步驟3. 5、如果傳感器節(jié)點(diǎn)Ni更新路由表時(shí)，則向相鄰傳感器節(jié)點(diǎn)廣播路由信息。
7.如權(quán)利要求1所述的一種基于Pareto最優(yōu)路徑的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)匯聚路由方法，其 特征在于步驟4中所述傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行多路徑路由選擇的步驟為步驟4. 1、初始化，將Pareto最優(yōu)多路徑路由表第一條記錄作為當(dāng)前記錄； 步驟4. 2、設(shè)當(dāng)前路由記錄為(Ni, Nj, G(Ni; S) ,T(Ni, S))，判斷以下三種情況i.如果T(Ni;S)+Tp > Tmax，則轉(zhuǎn)到步驟4. 3，其中，Tp為傳感器節(jié)點(diǎn)Ni收到待轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù) 據(jù)幀的累計(jì)傳輸延遲，Tfflax為從傳感器節(jié)點(diǎn)到匯聚節(jié)點(diǎn)的最大延遲；ii.G (Ni;S) < Gmax，則轉(zhuǎn)到步驟4. 3，其中，Gfflax為初始化到匯聚節(jié)點(diǎn)可靠性度量最大值， 其初始值為O ；iii.如果T (Ni, S)+Tp <= Tmax，而且 G (Ni, S) > Gmax，則 Gmax = G (Ni, S)，下一跳傳感器 節(jié)點(diǎn)設(shè)為 ，轉(zhuǎn)到步驟4. 3;步驟4. 3、后移到下一條路由記錄，如果不是最后一條記錄，則轉(zhuǎn)到(2)，否則退出。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于Pareto最優(yōu)路徑的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)匯聚路由方法，傳感器網(wǎng)絡(luò)由部署在監(jiān)控區(qū)域的數(shù)個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)和一個(gè)匯聚節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，采用基于Pareto多目標(biāo)優(yōu)化策略的收集樹路由方法。本發(fā)明通過建立Pareto最優(yōu)多路徑路由滿足了工業(yè)監(jiān)控等領(lǐng)域?qū)?shí)時(shí)可靠等多目標(biāo)的傳輸性能需求，算法結(jié)構(gòu)簡單，實(shí)現(xiàn)容易，資源占用少；在傳輸路徑選擇上具有較強(qiáng)的適用性和靈活性，為傳感網(wǎng)更廣泛的應(yīng)用提供有效的解決方案。
文檔編號(hào)H04W40/12GK101917752SQ20101024675
公開日2010年12月15日 申請日期2010年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月6日
發(fā)明者丁永生, 全東平, 吳怡之 申請人:東華大學(xué)