[發(fā)明專利]基于位置信息的無線自組織與傳感網(wǎng)組播方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210580262.0
• 申請日: 2012-12-27
• 公開（公告）號: CN103067860A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 賀靜;尹崇祿;趙壯;梅武鋼
• 申請（專利權(quán)）人: 張家港中科港聯(lián)物聯(lián)網(wǎng)科技有限公司
• 主分類號: H04W4/02
• 分類號: H04W4/02;H04W4/06;H04W52/02;H04W84/18
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• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無線自組織與傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種無線自組織與傳感器網(wǎng)絡(luò)中的組播方法。在由可充電節(jié)點和不可充電節(jié)點組成的無線自組織與傳感器網(wǎng)絡(luò)中，該方法利用節(jié)點位置信息生成可支持節(jié)點動態(tài)休眠的柵格網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并根據(jù)各個柵格工作節(jié)點屬性及其剩余能量設(shè)置柵格代價，在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建優(yōu)化組播樹結(jié)構(gòu)，以期以達(dá)到優(yōu)化組播性能、延長網(wǎng)絡(luò)生命期的目的。

背景技術(shù)

近些年來，無線多跳網(wǎng)絡(luò)（無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、移動Ad?hoc網(wǎng)絡(luò)、無線mesh網(wǎng)絡(luò)等）領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)得到了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注，并取得了迅猛的發(fā)展。

在這一領(lǐng)域的諸多研究方向中，盡可能的延長無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的工作壽命成為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計中的關(guān)鍵問題之一。由于受到成本和體積等因素的限制，大多數(shù)普通無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的電池容量都十分有限且無法得到補(bǔ)充。為提高無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的壽命，通過在網(wǎng)絡(luò)中布設(shè)一部分可充電節(jié)點（如具備太陽能電池的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點），并設(shè)計能量高效型網(wǎng)絡(luò)協(xié)議以利用這些節(jié)點分擔(dān)較多的通信任務(wù)，在許多應(yīng)用環(huán)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(wǎng)絡(luò)壽命解決方案。

基于樹結(jié)構(gòu)實現(xiàn)組播是實現(xiàn)高效無線自組織與傳感網(wǎng)組網(wǎng)、延長網(wǎng)絡(luò)壽命的一種重要方法。傳統(tǒng)組播方法只考慮如何降低組播樹代價以延長網(wǎng)絡(luò)壽命，而沒有綜合考慮節(jié)點動態(tài)休眠、網(wǎng)絡(luò)中可以存在可充電節(jié)點等特性。本發(fā)明結(jié)合節(jié)點位置信息、網(wǎng)絡(luò)中存在的可充電節(jié)點，動態(tài)調(diào)節(jié)節(jié)點休眠，根據(jù)節(jié)點屬性和代價設(shè)置柵格代價，選擇性能優(yōu)化的組播結(jié)構(gòu)，以期達(dá)到優(yōu)化組播性能和延長網(wǎng)絡(luò)壽命的目的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明涉及一種基于位置的無線自組織與傳感網(wǎng)組播方法。該方法主要用于在由可充電和不可充電兩類節(jié)點組成的無線自組織與傳感網(wǎng)中，首先基于節(jié)點位置信息構(gòu)造柵格網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并根據(jù)各個柵格內(nèi)的節(jié)點屬性及剩余能量設(shè)置柵格代價值，然后基于柵格網(wǎng)絡(luò)尋找覆蓋組播信源和組播組成員的優(yōu)化組播結(jié)構(gòu)，以期達(dá)到延長網(wǎng)絡(luò)生命期的目的。

令G(V,E)代表網(wǎng)絡(luò)圖，其中V(G)代表節(jié)點的集合、E(G)代表網(wǎng)絡(luò)中邊的集合；圖中兩個節(jié)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(jié)點配備一套全向天線，R代表節(jié)點的最大傳輸半徑；對一個節(jié)點x,?N(x)代表節(jié)點x的一跳鄰居節(jié)點集合，其中x∈V(G)，對于y∈?N(x)，有(x,y)∈E(G)；網(wǎng)絡(luò)在二維平面上部署，網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點包含可二次充電節(jié)點和不可二次充電節(jié)點，可二次充電節(jié)點可以通過太陽能、機(jī)械方式等手段從自然界獲取能量并轉(zhuǎn)化為電量，可二次充電節(jié)點集合記做A，不可二次充電節(jié)點由電池供電，該節(jié)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(jié)點u∈B，E_u代表其剩余能量。

本方法執(zhí)行過程要求每個節(jié)點具備自己的位置信息及其能量剩余信息、每個鄰居節(jié)點的位置信息、當(dāng)前剩余能量信息。

本方法的目標(biāo)是：對于給定組播信源s、組播成員組D，，s∈V(G),?,?|D|≥1，建立低代價高能效組播結(jié)構(gòu)，覆蓋信源s和組播組D中所有成員，|D|代表集合D中元素的數(shù)量。

所述方法中基于節(jié)點位置的柵格網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)生成方法具體如下：?

1)任意選擇或指定柵格網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的坐標(biāo)原點O?；

2)基于坐標(biāo)原點O位置，把二維平面劃分由一個個邊長為r的小正方形組成的格狀結(jié)構(gòu)，每個小正方形稱作一個柵格；劃分過程中r必須滿足≤，在此條件下，兩個相鄰的柵格中任意位置的節(jié)點都可以直接通信；其中：若<r≤，則只有存在公共邊的兩個柵格是相鄰柵格，若r≤,?則存在公共頂點或公共邊的柵格都是相鄰柵格，其中R為節(jié)點的最大傳輸半徑；

3)如果一個柵格內(nèi)存在可充電節(jié)點，則只需要可充電節(jié)點處于工作狀態(tài)，其他節(jié)點睡眠，且不需要輪換；否則，只需要剩余能量最高的節(jié)點保持工作狀態(tài)，其他節(jié)點睡眠；睡眠節(jié)點定期醒來與本柵格內(nèi)工作節(jié)點通信以收/發(fā)數(shù)據(jù)；對于不存在可充電節(jié)點的柵格，其工作節(jié)點每隔T時間輪換一次，每次輪換，總是選擇當(dāng)前剩余能量最高的節(jié)點擔(dān)任工作節(jié)點；每次工作節(jié)點輪換，則當(dāng)前工作節(jié)點將向下一個工作節(jié)點移交所有狀態(tài)信息；各個柵格內(nèi)的工作節(jié)點可以根據(jù)自己的位置坐標(biāo)，計算自己所在的柵格以及每個鄰居節(jié)點所在的柵格，因此每個節(jié)點都知道同屬同一柵格的所有節(jié)點；

4）各個柵格結(jié)合本柵格內(nèi)部節(jié)點屬性及其剩余能量設(shè)定柵格代價。