[發明專利]無線傳感器網絡語義敏感的任務擴散分配算法

有效

• 申請號: 201410016403.5
• 申請日: 2014-01-14
• 公開（公告）號: CN103702385B
• 公開（公告）日: 2016-10-26
• 發明（設計）人: 熊慶旭;仲盈
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: H04W40/02
• 分類號: H04W40/02;H04W84/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于無線傳感器網絡路由技術和普適計算的語義敏感技術領域，是兩個技術領域的交叉融合。

背景技術

路由技術是無線傳感器網絡(Wireless?Sensor?Network,WSN)中的關鍵性網絡技術，目前已有大量的路由算法，主要可分為平面式、分層式以及基于地理位置信息三大類型。平面路由協議主要代表的有SPIN、Directed?diffusion和Rumor?routing，這類路由中節點所處的地位都相同。他們互相協作，完成感知和傳輸的任務。其中，Directed?diffusion是平面路由中具有代表性的協議，該協議按照路由經過每個節點計算整個路由的梯度，從而可以在多條路徑中選擇一條傳輸數據率高的路由。層次路由協議以LEACH、PEGASIS、TEEN和APTEEN為主要代表。層次路由協議將整個網絡劃分若干層或者簇（cluster），每個簇中選舉一個節點作為簇頭與Sink進行通信，LEACH協議將節點劃分為不同的簇后，簇頭對簇內節點進行統一的時隙分配，使用TDMA策略，簇內節點數據先傳給簇頭，由簇頭傳遞給Sink。依靠地理位置的路由協議主要有Geographic?Adaptive?Fidelity（GAF）和Geographic?and?Energy?Aware?Routing（GEAR）等。在這類路由協議中，假設已知傳感器節點的地理位置的信息，并且可以由相互之間接收到的信號強弱來判斷節點間的距離，為節省能量，基于位置的路由協議將部分暫時不活動的節點休眠。

這些路由技術充分考慮了WSN能耗敏感的要求，以及WSN節點密集分布從而節點數據具有較大相關性的特點，從數據處理和傳輸的角度尋找適合WSN要求和特點的路由。但這些路由技術沒有充分考慮到WSN網絡面向具體應用的特點，網路應用相對單一和明確，沒有從應用本身入手，網絡節點在傳輸和處理數據時并不了解數據所體現的應用含義和意義。本發明針對WSN的資源受限的特性，從普適計算領域中的語義敏感計算的角度出發，設計了異質WSN中綜合應用層和路由層的語義敏感的多sink多任務擴散路由算法。

發明內容

本發明的目的是提供無線傳感器網絡多sink多任務語義敏感的任務擴散分配算法，建立相應的路由及其局部調整的方法，顯著地節省節點的能量，延長網絡生存期。

本發明算法的路由建立分為三大步驟：任務擴散，路徑建立和穩定傳輸。

步驟1任務擴散

1：由sink節點發布任務。選取sink節點的位置為網絡的(0,0)坐標，定期發布任務信息，該任務信息屬于應用語義描述的一部分。

2：任務信息通過泛洪方式發送全網。在任務信息泛洪的過程中，任務區域外（也稱非數據源區域）的節點轉發該任務信息。所有節點不轉發重復的任務信息。

3：任務區域內（也稱數據源區域）的節點依據任務的語義描述拆分任務，更新任務信息的內容。節點以列表的方式記錄所接收的任務信息，作為后續處理的依據（該信息也屬于應用語義描述的一部分）。

4：當節點記錄了一個新的任務信息后，對于數據源區域的節點，設立數據采集的開始時間和采集周期。

5：當任務拆分終止時，擴散結束。

步驟2路徑建立

1：任務擴散結束后，網絡中節點明確網絡應用，建立了任務信息列表，網絡進入路徑建立階段。數據源區域和非數據源區域的路徑建立采取不同方式。

2：在任務區域內的節點，路徑采用分級建立的方式：

(1)節點獲得滿足當前任務要求的信息后，向發布此子任務的上級節點發送任務數據。

(2)下級節點需要依能力（與節點的能量、任務信息的獲取能力等相關）競爭成為子任務的承擔者；

(3)上級節點根據接收到任務數據的先后，為每個子任務指定唯一的任務承擔者。同時節點記錄該任務數據的信息，當收到由其它節點發送的同一任務數據的信息時，向其發送停止發送控制包，通知該節點取消任務。

3：在任務區域外的節點不進行任務拆分，依據任務列表記錄中上級節點到達的先后，選取下一跳節點。節點向發送了重復任務數據信息的節點發出停止發送控制分組，通知該節點取消任務。

4：最后，任務區域內的節點形成一條滿足應用要求的任務采集路徑。sink所需的任務信息由任務區域內的節點采集并處理之后，通過任務區域外的節點逐跳傳回給sink。

步驟3穩定傳輸

1：路徑建立完成后，網絡進入穩定傳輸階段。任務信息定期地沿已確立的路徑傳送回sink節點。