[發明專利]一種基于傳輸方向的無線傳感器網絡路由方法及裝置

有效

• 申請號: 201310471447.2
• 申請日: 2013-10-09
• 公開（公告）號: CN103596239A
• 公開（公告）日: 2014-02-19
• 發明（設計）人: 劉晨;陳曉江;金夢;黃駿杰;尹小燕;房鼎益;趙暉;屈超;聶衛科;邢天璋;陳峰;段任
• 申請（專利權）人: 西北大學
• 主分類號: H04W40/12
• 分類號: H04W40/12;H04W84/18
• 代理公司: 西安恒泰知識產權代理事務所 61216
• 代理人: 李婷

技術領域

本發明涉及無線網絡技術領域，具體涉及一種基于傳輸方向的無線傳感器網絡的路由方法，該方法適用于長城等大規模帶狀區域監測的無線傳感器網絡。?

背景技術

數據收集是環境監測應用中的首要任務，感知節點需要將采集到的信息可靠地傳輸到目的節點，這對無線傳感網的節點質量、網絡生命周期、傳輸延遲、通信代價、傳輸成功率等方面提出要求。由于路由策略對這些性能有至關重要的影響，所以，有效的路由機制是一個關鍵性問題。?

經歷了2000多年歷史的長城，正面臨消失的境地。保護長城，刻不容緩。長城屬于線性文化遺產，線性文化遺產是新興的一種全新的遺產保護理念，主要是指在擁有特殊文化資源集合的線形或帶狀區域內的物質和非物質的文化遺產族群，運河、長城以及鐵路線等都是重要表現形式。將無線傳感網用于長城健康監測的關鍵在于，如何在以長城為中心所形成的大規模帶狀無線傳感網（如圖3所示的網絡結構）中，建立可靠的路由策略，以保障長城各項監測數據實時、可靠、高效的傳回目的節點，從而為長城健康監測、生存模型建立提供有效的數據支持。現有技術中，為了保證路由機制的高效性以及可靠性，在無線傳感器網絡中已經有許多路由策略：?

第一類：機會路由；該方法的缺點是沒有考慮節點的地理位置。特殊的帶狀區域中，路由策略候選集的選擇有區別于通常的區域。這是受帶狀區域垂直方向和拐彎處的寬度限制的。因此，傳統的全方位廣播的路由策略在這種特殊網絡環境下并不適用，傳輸方向在選擇帶狀區域的轉發候選集（即節點的合適的下一跳節點組）的時候就應該被考慮。?

第二類：基于地理位置的路由；這種路由方法存在的缺陷有：1）僅僅通過比較各個鄰居節點與目的節點之間的歐氏距離來選擇下一跳節點的策略，在一些較為復雜的區域中并不適用。例如在拐角較多的帶狀區域內，如圖4所示，由于盲目的選擇了距離目的節點更近的節點，從而導致這種方法并不能有效的減少跳步數，反而容易造成傳播方向選擇的錯誤，最終導致丟包。2）每個節點只選擇一個最優的下一跳節點，極容易導致丟包。降低了可靠性。3）節點在選擇轉發節點時，需要其所有的鄰居節點通過大量的數據包交換來協調選擇出一個最優（即距離目的節點最近的）節點作為轉發節點，增大了通信開銷。?

第三類：基于地理位置的機會路由?

這種路由結合了機會路由“多個接收節點”的特點以及基于地理位置路由的“距離最優”特點，對普通的機會路由進行了改進。該方法與機會路由相同，選取其一跳范圍內的所有鄰居節點作為信息接收節點，同時，采取基于地理位置的路由策略，在所有成功接收信息的節點中，選取距離目的節點最近的節點作為下一跳轉發節點。由該節點繼續信息的廣播，如此重復直到目的節點。GeRaf路由算法是基于地理位置的機會路由的一個典型算法。?

與傳統機會路由與基于地理位置的路由算法相同，該方法存在的缺陷有：1）僅僅通過比較各個鄰居節點與目的節點之間的歐氏距離來選擇下一跳節點的策略，在一些較為復雜的區域中并不適用。例如在拐角較多的帶狀區域內，如圖3所示，由于盲目的選擇了距離目的節點更近的節點，從而導致這種方法并不能有效的減少跳步數，反而容易造成傳播方向選擇的錯誤，最終導致丟包。2）節點在選擇轉發節點時，需要其所有的鄰居節點通過大量的數據包交換來協調選擇出一個最優（即距離目的節點最近的）節點作為轉發節點，增大了通信開銷。3）特殊的帶狀區域中，路由策略候選集的選擇有區別于通常的區域。這是受帶狀區域垂直方向和拐彎處的寬度限制的。因此，傳統的全方位廣播的路由策略在這種特殊網絡環境下并不適用，傳輸方向在選擇帶狀區域的轉發候選集（即節點的合適的下一跳節點組）的時候就應該被考慮。?

本發明提出了一種基于地理位置信息，同時考慮網絡結構和方向性，并且由轉發候選集來代替轉發節點的機會路由策略。?

發明內容

帶狀網絡結構的路由與通常的環境顯著不同，針對現有的路由方法不能適用于帶狀網絡結構路由的現狀，本發明提出一種帶方向的可靠機會路由，使無線傳感器網絡在期望的網絡負載平衡下總的通信代價最小，網絡生命周期最大同時收斂速度高。?

為了實現上述任務，本發明采用的技術方案是：?

一種基于傳輸方向的無線傳感器網絡路由方法，該方法通過不斷調整路由節點的傳輸方向實現當前發送節點到目的節點信息的傳輸，包括以下步驟：?

步驟一，轉發候選集方向夾角確定：?

步驟S10，以目的節點的坐標點為圓心，以R為半徑確定一個圓，所述的R為20m；?