[發(fā)明專利]面向無線傳感網(wǎng)的能量高效洪泛方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210510337.8
• 申請日: 2012-12-04
• 公開（公告）號: CN103856999A
• 公開（公告）日: 2014-06-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 賀靜
• 申請（專利權(quán)）人: 賀靜
• 主分類號: H04W40/04
• 分類號: H04W40/04;H04W52/02;H04W84/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)能廣播路由領(lǐng)域。具體涉及一種在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中通過局部范圍內(nèi)相互交換節(jié)點能量信息的方法獲得局部范圍節(jié)點能量次序信息，并將其應(yīng)用到廣播樹構(gòu)造中去，達到均衡使用網(wǎng)絡(luò)節(jié)點能量、延長無線傳感網(wǎng)生命的目標(biāo)。

背景技術(shù)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由傳感器節(jié)點和信息采集(sink)節(jié)點組成，傳感器節(jié)點負責(zé)數(shù)據(jù)的采集和傳輸，sink節(jié)點負責(zé)匯總網(wǎng)絡(luò)中傳感器節(jié)點發(fā)來的數(shù)據(jù)，同時也是整個網(wǎng)絡(luò)的控制節(jié)點，對網(wǎng)絡(luò)中其它傳感器節(jié)點進行管理。

由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點在部署后，很難進行回收。因此，在部署后很難為節(jié)點更換電池或?qū)ζ湓俅纬潆?。因此，?jié)點電源耗盡，就意味著節(jié)點死亡，無法再投入使用。當(dāng)一個網(wǎng)絡(luò)中死亡節(jié)點達到一定比率時，網(wǎng)絡(luò)可能會被分割成不連通的區(qū)域。如果區(qū)域內(nèi)沒有sink節(jié)點。那么該區(qū)域網(wǎng)絡(luò)所采集的數(shù)據(jù)就無法傳送出去，等同于此區(qū)域所有節(jié)點死亡。因此，需要研究一種能量均衡消耗的路由協(xié)議，避免頻繁使用某些節(jié)點而導(dǎo)致其快速死亡。

多目標(biāo)廣播是從廣播源向目標(biāo)組連續(xù)發(fā)送信息的過程。多目標(biāo)廣播交通是經(jīng)由廣播樹從廣播源傳送到機組中的所有接收主機。其中廣播樹以源節(jié)點為樹根，以目的節(jié)點為樹葉。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是設(shè)計一種面向無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)能廣播路由協(xié)議方案。它運行于網(wǎng)絡(luò)層，完成能量高效得廣播路徑建立和數(shù)據(jù)傳輸功能。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點在局部范圍內(nèi)交換的剩余能量信息，協(xié)議保護在局部區(qū)域能量最少的一定比例的節(jié)點(如能量最少的10％節(jié)點)，降低它們作為廣播樹的樹內(nèi)節(jié)點的概率——從而降低它們參與分組轉(zhuǎn)發(fā)的概率。

本發(fā)明的方法簡單且易于實現(xiàn)。

附圖說明

圖1：t1時刻，低能量節(jié)點a(黑色)收到樹建立請求分組；

圖2：t1+t時刻，低能量節(jié)點a(黑色)的鄰居已經(jīng)從其他路徑收到請求分組，節(jié)點a成為樹葉節(jié)點；

圖3：低能量節(jié)點通過延遲廣播請求使自己成為樹葉節(jié)點。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖及實例對本發(fā)明作進一步的說明。

協(xié)議分成三個階段，第一階段完成局部能量信息交換(圖1，圖2)。每個節(jié)點以周期T向自己相鄰區(qū)域擴散自己的剩余能量信息分組。每個節(jié)點應(yīng)保存一個序列號seq。每個剩余能量信息分組攜帶下述信息：源節(jié)點id值、seq值、該節(jié)點剩余能量數(shù)值、TTL值。Seq初值為0，每擴散一次該類分組，seq值加1。TTL值表示該分組可以擴散的范圍(跳數(shù))。這樣，可以通過seq值和id值唯一的標(biāo)識一個能量信息分組，避免中間節(jié)點重復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)。并且，seq可以標(biāo)識能量信息分組的新鮮程度，節(jié)點可以不處理陳舊的分組。所有的能量信息分組會被鄰居本地存貯后繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)，每次轉(zhuǎn)發(fā)之前將分組TTL域的值減一。如果TTL值為0，則停止轉(zhuǎn)發(fā)。TTL的初值為k，k是預(yù)先指定的參數(shù)，如k＝3。那么，網(wǎng)絡(luò)中每個節(jié)點都可以收到自己k跳鄰居發(fā)來的能量信息分組。即節(jié)點可以知道k跳范圍鄰居的剩余能量信息。據(jù)此，使用某種排序算法節(jié)點可以計算出自己的剩余能量的排序。節(jié)點每收到一個能量信息都會重新計算能量次序。

另外，節(jié)點發(fā)送能量信息分組的間隔T可以由節(jié)點根據(jù)自己能量變化的速度動態(tài)決定，如果節(jié)點能量變化得慢就加大T，如果能量變化得快就縮短T。另外一種可供選擇的方式是當(dāng)本節(jié)點能量變化超過一個門限值時，就觸發(fā)一次能量信息分組廣播。至此，第一階段描述完成。第一階段進程的執(zhí)行隨時間持續(xù)進行下去。

在第二階段，根據(jù)第一階段獲得的能量信息，建立廣播樹。過程是，源節(jié)點廣播“樹建立請求”分組。對于每一個收到“樹建立請求”分組的節(jié)點，執(zhí)行以下操作：

如果是第一次收到這個分組：

(1)建立到源節(jié)點的逆向路徑；

(2)向轉(zhuǎn)發(fā)此分組的發(fā)送者發(fā)送一個確認分組；

(3)節(jié)點剩余能量次序是后n％，則延遲一段時間T，否則直接轉(zhuǎn)第三階段；

(4)繼續(xù)向它的鄰居廣播該分組。

如果已經(jīng)收到過這個分組：

(1)就丟棄該分組。

每一個收到發(fā)送給自己的確認分組的節(jié)點，就因此可以知道，自己是屬于樹的內(nèi)部節(jié)點。如果一個節(jié)點廣播了數(shù)據(jù)請求分組后一段時間沒有收到確認分組，就說明，自已是廣播樹的樹葉節(jié)點。

如果一個節(jié)點發(fā)現(xiàn)自己是樹葉節(jié)點，則會向源發(fā)送一個應(yīng)答分組。應(yīng)答分組沿“樹建立請求”分組所經(jīng)過的反向路徑逐跳轉(zhuǎn)發(fā)到源節(jié)點，并且途經(jīng)的每一個節(jié)點都將自己標(biāo)記為廣播樹的樹內(nèi)節(jié)點。