[發明專利]無線自組織與傳感網中的基于中繼團的節能組播方法

無效

• 申請號: 201210566079.5
• 申請日: 2012-12-23
• 公開（公告）號: CN103037317A
• 公開（公告）日: 2013-04-10
• 發明（設計）人: 賀靜;趙壯;梅武鋼;尹崇祿
• 申請（專利權）人: 無錫泛聯軟件科技有限公司
• 主分類號: H04W4/06
• 分類號: H04W4/06;H04W84/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于無線自組織與傳感器網絡協議技術領域，具體涉及一種無線自組織與傳感器網絡中的基于中繼團的組播方法。

背景技術

近些年來，無線多跳網絡（無線傳感器網絡、移動Ad?hoc網絡、無線mesh網絡等）領域的相關技術得到了學術界和工業界的廣泛關注，并取得了迅猛的發展。

在這一領域的諸多研究方向中，盡可能的延長無線傳感器網絡的工作壽命成為無線傳感器網絡設計中的關鍵問題之一。由于受到成本和體積等因素的限制，大多數普通無線傳感器網絡節點的電池容量都十分有限且無法得到補充。為提高無線傳感器網絡的壽命，通過在網絡中布設一部分可充電節點（如具備太陽能電池的網絡節點），并設計能量高效型網絡協議以利用這些節點分擔較多的通信任務，在許多應用環境中收到了良好的效果，成為一種被人們普遍接受的提高網絡壽命解決方案。

構造基于中心的組播樹（core-based?tree）是實現高效無線自組織與傳感網組播、延長網絡壽命的一種重要方法。傳統基于中心的組播樹構造方案中，中心通常指某一個節點。這樣，這個節點很可能成為網絡的瓶頸。本發明中選擇由可充電節點組成的連通的網絡子圖（稱中繼團）來擔任中心，當多個潛在的中繼團存在時，選擇其中最優的，在此基礎上，構造性能優化的中心樹，從而優化組播性能、延長網絡壽命。

發明內容

本發明涉及一種以中繼團為中心的組播結構構造方法。該方法主要用于由可二次充電節點和不可二次充電節點組成的無線自組織與傳感網，多個可二次充電節點可以組成連通子網，也稱中繼團。該方法通過選擇恰當的中繼團作為中心區，構建組播結構，并降低組播代價。構造組播結構的過程中，盡量選擇可二次充電節點，當必須選擇不可二次充電節點時，盡量選擇數量少、剩余能量盡量高的不可二次充電節點加入該結構中，以延長不可二次充電節點壽命，從而達到延長網絡生命期的目的。

一種無線自組織與傳感網中的基于中繼團的組播方法，其特征在于：在無線傳感網中，針對可二次充電節點和不可二次充電節點不同的能量情況，首先構造由可二次充電節點組成的連通子圖作為備選中繼團，構造基于各個備選中繼團的最短路徑樹，從中選擇最優組播結構，如果網絡中不存在這樣的結構，則通過基于各節點剩余能量及其類別的節點關聯鏈路代價設置方法，選擇由不可二次充電節點組成的組播結構。

令G(V,E)代表網絡圖，其中V(G)代表節點的集合、E(G)代表網絡中邊的集合；圖中兩個節點x∈V(G)和y∈V(G)-{x}之間的距離記做d_xy，如果滿足d_xy≤R，則稱邊(x,y)∈E(G)，“-”代表集合的減法運算，每個節點配備一套全向天線，R代表節點的最大傳輸半徑；對一個節點x,N(x)代表節點x的一跳鄰居節點集合，其中x∈V(G)，對于y∈N(x)，有(x,y)∈E(G)；網絡中的節點包含可二次充電節點和不可二次充電節點，可二次充電節點可以通過太陽能、機械方式等手段從自然界獲取能量并轉化為電量，可二次充電節點集合記做A，不可二次充電節點由電池供電，該節點集合記做B，A+B=V(G)，其中“+”代表集合的加法運算或稱合并運算；對于一個節點u∈B，E_u代表其剩余能量，對于v∈N(u),則鏈路代價c(u,v)=1/E_u；對于u∈A，則其每一條出行鏈路的代價都設為0。

本方法執行過程要求具有全網拓撲信息、各個節點的類別信息、網絡中各條邊的代價信息、各個節點的能量剩余狀態信息。

本方法的目標是：對于給定組播成員組D，|D|≥2，建立低代價高能效組播結構，覆蓋D中所有成員，|D|代表集合D中元素的數量。

所述的備選中繼團構造方法具體如下：

1)令Gi,i=1,2,3,…代表第i個備選中繼團;令C=A;

2)設i=1,任選節點x∈C，基于廣度優先算法求解從x到網絡圖G中其他各節點的距離，然后將所有從x的距離為0的節點，包括x自己，加入到集合Gi中，然后執行C=C-Gi；如果C仍不為空，則i=i+1,重復執行步驟2)，直到C為空；當C為空的時候i的值就是備選中繼團的數量M。

所述的組播方法，其中基于中繼團的組播結構構造方法具體如下：