感知“利”器｜时延约束的基于模糊梯度的无线传感网路由方法
2016-12-09 22:47:40   来源：麦姆斯咨询   评论：0   点击：

工欲善其事，必先利其器。在全球化的今天，专利已不仅仅是创新的一种保护手段，它已成为商业战场中的利器。麦姆斯咨询倾情打造MEMS、传感器以及物联网领域的专利运营平台，整合全产业链知识产权资源，积极推动知识产权保护与有效利用。

无线传感网是一种新型的无基础设施网络，各个传感节点静态随机分布于某一区域。无线传感网中大量传感节点感知区域内的声音、电磁或地震信号等多种数据，汇聚传输到汇聚节点（Sink节点），形成“多对一”流量特点。

无线传感网络示意图

无线传感器网络具有节点布设密度高，节点感知信息具有冗余性等特点。传感节点一般采用电池供电，而且一经部署后，电池通常无法更换，因此能耗是无线传感器网络的首要问题。

单sink节点与多sink节点对比示意图

由于传感器节点具有相同的有限的初始能量，距离Sink较远的传感器节点消耗的能量较大，并且受到无线环境恶化的影响更容易造成能量的严重损失，因此这些节点成了“热点”。路由建立、维护以及数据传送过程中，可能使某些节点过多的消耗能量而导致过早死亡形成“热点问题”，如果这类节点处于网络连通的关键位置，则会使整个网络陷入瘫痪状态，以致无法完成正常的感知任务。时延约束是无线传感网的重要的QoS指标，其于应用密切相关，直接影响无线传感网的可用性和应用范围。

通过对无线传感网中节点剩余能量分布的分析、能量耗尽节点与能量富足节点位置的分析及路径的分析，发现网络的生存时间与能量利用是否均衡之间相关。一个能够高效平衡地利用网络节点能量的网络协议可以显著的增加网络生命周期，最大化网络生存时间路由主要解决不同节点能量消耗的均衡问题,使整个传输网络的整体能耗达到均衡，所有节点能够几乎同时在同一时刻死亡。

【推荐发明专利】

《时延约束的基于模糊梯度的无线传感网路由方法》

【技术背景】

随着无线传感网研究的深入，无线传感网系统逐渐进入实用阶段，因此产生对环境检测结果可视化、多样化、细粒度的要求。并且随着网络规模和复杂度的增加，单Sink的网络架构已不能满足系统要求。而对于两个甚至多个Sink节点的系统，节点采集的数据通过不同路径发送给就近的Sink节点，一次数据可以通过多个Sink同时进行收集，不仅分担了单Sink的负荷，也在一定程度上避免了网络热点的出现，减小数据延迟。

本专利解决的是在多Sink环境下，解决路由算法中频繁使用同一路径带来的网络能量消耗不平衡的问题。

【本发明的技术优势】

本发明从能量均衡的角度设计研究路由协议，该方法开销小，满足时延约束，延长网络寿命。

时延约束多Sink应用场景中，支持最短距离路由基础上提供多路径路由协议，这将避免某一区域负载过高而其它区域没有负载或负载偏低的现象，通过利用模糊， 能量消耗最大的节点不是同一节点，让更多节点传输数据，保持网络负载平衡，更加均衡地利用网络节点的能量，延长整个网络的生存期。该算法是能量感知的分布式算法，满足应用需求的时延约束，其原理简单、易于实现且具有良好的伸缩性。

该时延约束的基于模糊梯度的无线传感网路由方法包括以下步骤：

步骤一，汇聚节点广播发送用于建立汇聚梯度的RINIT广播命令包；

步骤二，接收到所述RINIT广播命令包的传感节点解析RINIT广播命令包的内容，并根据所述RINIT广播命令包的内容设定或更新传感节点自身到汇聚节点的距离/跳数；

步骤三，数据源节点在内的所有中间传感节点选择离自己最近的节点作为目的Sink节点；

步骤四，利用模糊梯度模型将其满足时延约束邻节点根据到目的Sink的梯度函数进行梯度分级，并选定某等级，在被选中的等级中利用质量评价函数，选择该级中最优质量节点作为下一跳节点；

步骤五，重复步骤三、步骤四，直到传感数据传输到汇聚节点。

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