[發(fā)明專利]一種基于查詢的多匯聚節(jié)點(diǎn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210502363.6
• 申請日: 2012-11-30
• 公開（公告）號: CN103002535A
• 公開（公告）日: 2013-03-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 程良倫;于皓;蘇海武;高銳;田剛;劉軍
• 申請（專利權(quán)）人: 廣東工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: H04W40/04
• 分類號: H04W40/04;H04W84/18
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 林麗明

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及了一種基于查詢機(jī)制的多匯聚節(jié)點(diǎn)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由方法。

背景技術(shù)

受到成本和體積等因素的限制，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的處理能力、無線帶寬和能源十分受限。因此為提高傳感器網(wǎng)絡(luò)的生命周期，節(jié)約能量消耗成為研究的重點(diǎn)。

典型的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)如圖1所示，由傳感器節(jié)點(diǎn)（圖中空心圓所示）和匯聚節(jié)點(diǎn)（圖中實(shí)心圓所示）組成，傳感器節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集和傳輸，匯聚節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)匯總網(wǎng)絡(luò)中傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)來的數(shù)據(jù)，同時(shí)也是網(wǎng)絡(luò)的控制節(jié)點(diǎn)，對網(wǎng)絡(luò)中的傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行管理。網(wǎng)絡(luò)中可以存在一個(gè)或多個(gè)匯聚節(jié)點(diǎn)。在大規(guī)模多任務(wù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，多匯聚節(jié)點(diǎn)是更合理的組網(wǎng)方式。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)以檢測區(qū)域和感知數(shù)據(jù)為目的，數(shù)據(jù)流主要從傳感器節(jié)點(diǎn)流向匯聚節(jié)點(diǎn)。以數(shù)據(jù)為中心形成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)路徑是一種適合無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由機(jī)制，基于查詢的路由協(xié)議就是基于該機(jī)制的。典型的基于查詢的路由機(jī)制定向擴(kuò)散（Directed?diffusion，DD）機(jī)制采用周期性的興趣擴(kuò)散，建立數(shù)據(jù)傳輸路徑以及加強(qiáng)路徑的三個(gè)階段，用該方法建立路由的時(shí)間和能量開銷都比較大。

然而，環(huán)境干擾等諸多不確定因素不僅會(huì)改變無線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥€會(huì)使已建立的鏈路失效。傳統(tǒng)基于查詢的路由機(jī)制在建立路由時(shí)開銷越大鏈路失效越頻繁。除此之外由于節(jié)點(diǎn)移動(dòng)，節(jié)點(diǎn)故障以及新加入節(jié)點(diǎn)等因素，某個(gè)匯聚節(jié)點(diǎn)周圍的網(wǎng)絡(luò)實(shí)際情況也會(huì)發(fā)生改變。因此從匯聚節(jié)點(diǎn)出發(fā)遍歷全網(wǎng)的路由方式已不再適合鏈路部位定的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種針對鏈路時(shí)變的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，基于查詢的路由機(jī)制的一種多匯聚節(jié)點(diǎn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由方法，能夠減少路由的能量開銷。

種基于查詢的多匯聚節(jié)點(diǎn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由方法，包括以下步驟：

1）在每個(gè)匯聚節(jié)點(diǎn)確定最佳覆蓋范圍值C_S；

2）以匯聚節(jié)點(diǎn)為中心建立不同規(guī)模的路由樹。

限定每個(gè)匯聚節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)發(fā)布范圍來建立維護(hù)一個(gè)以該匯聚節(jié)點(diǎn)為中心地小型路由樹，從而減少網(wǎng)絡(luò)建立和維護(hù)過多路由帶來的開銷，適用于鏈路狀態(tài)不穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。

當(dāng)各匯聚節(jié)點(diǎn)發(fā)布查詢?nèi)蝿?wù)時(shí)，將按照最佳覆蓋范圍值C_S來確定網(wǎng)絡(luò)的發(fā)送范圍。以跳數(shù)為單位來計(jì)算C_S，C_S=n代表網(wǎng)絡(luò)將覆蓋n跳的范圍并（最多）只被轉(zhuǎn)發(fā)n次。由于節(jié)點(diǎn)移動(dòng)、節(jié)點(diǎn)故障以及新加入節(jié)點(diǎn)等因素，匯聚節(jié)點(diǎn)周圍會(huì)產(chǎn)生變化。因此所述步驟1）中最佳覆蓋范圍值C_S的值是動(dòng)態(tài)更新，可反映網(wǎng)絡(luò)規(guī)模變化的。其獲得過程如下：

11）匯聚節(jié)點(diǎn)采用預(yù)設(shè)值發(fā)起路由建立過程；

12）匯聚節(jié)點(diǎn)在首次路由建立后的數(shù)據(jù)傳輸過程在，獲取對自身周圍網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際網(wǎng)絡(luò)環(huán)境估計(jì)值S，該實(shí)際網(wǎng)絡(luò)環(huán)境估計(jì)值S是匯聚節(jié)點(diǎn)距離各個(gè)數(shù)據(jù)源子節(jié)點(diǎn)的平均跳數(shù)；

13）實(shí)際網(wǎng)絡(luò)環(huán)境估計(jì)值S與一個(gè)覆蓋比例M的乘積為最佳覆蓋范圍值C_S，即S×M=C_S。

所述步驟2）以匯聚節(jié)點(diǎn)為中心建立不同規(guī)模的路由樹是依據(jù)如下方式：根據(jù)不同的最佳覆蓋范圍值C_S，在網(wǎng)絡(luò)報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)的過程中，匯聚節(jié)點(diǎn)建立對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)報(bào)文的表項(xiàng)，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)報(bào)文所攜帶的路徑信息建立從源節(jié)點(diǎn)到匯聚節(jié)點(diǎn)的反向數(shù)據(jù)傳輸路徑，得到路由樹。其中匯聚節(jié)點(diǎn)是周期性的發(fā)起路由建立過程。

所述路由樹以外的節(jié)點(diǎn)采用按需路由的方式建立一條連接到所述路由樹的路由。

在匯聚節(jié)點(diǎn)建立起自身為中心的路由樹之后當(dāng)未被該樹所包含的節(jié)點(diǎn)有數(shù)據(jù)傳輸需求時(shí)，節(jié)點(diǎn)自身將發(fā)起路由建立請求。

21）節(jié)點(diǎn)通信范圍內(nèi)沒有節(jié)點(diǎn)屬于路由樹，但曾有節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，則節(jié)點(diǎn)直接向該節(jié)點(diǎn)發(fā)送路由建立請求；

22）為監(jiān)聽到自身通信范圍內(nèi)有節(jié)點(diǎn)曾進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，則節(jié)點(diǎn)向周圍鄰近節(jié)點(diǎn)進(jìn)行泛洪以建立路由。

由于網(wǎng)絡(luò)中存在多個(gè)匯聚節(jié)點(diǎn)以自身為中心所建立起來的路由樹，泛洪的路由請求只需到達(dá)任何一個(gè)屬于某路由樹的節(jié)點(diǎn)即可建立路由，因此泛洪的代價(jià)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)基于查詢路由泛洪網(wǎng)絡(luò)的開銷。而一旦路由建立，該節(jié)點(diǎn)以及該路由所經(jīng)過的節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包傳輸行為必然會(huì)被其鄰居節(jié)點(diǎn)所監(jiān)聽到。則它們的鄰居節(jié)點(diǎn)若想建立路由，直接向鄰居節(jié)點(diǎn)發(fā)送路由建立請求。

附圖說明

圖1?無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中匯聚節(jié)點(diǎn)的設(shè)置示意圖；

圖2?以一個(gè)匯聚節(jié)點(diǎn)為中心建立路由的示意圖。

具體實(shí)施方式??