專利名稱：一種無線多媒體傳感網(wǎng)絡的地理位置路由協(xié)議改進方法
技術領域：
本發(fā)明涉及的是一種無線多媒體傳感網(wǎng)絡的地理位置路由協(xié)議改進方法。
背景技術：
無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(WirelessMultimedia Sensor Networks, WMSN)是一種能在任何地方獲得環(huán)境中諸如視頻和音頻流、靜止圖像和標量傳感數(shù)據(jù)的無線互聯(lián)設備的網(wǎng)絡。大信息量的多媒體數(shù)據(jù)的采集與處理，在軍事、民用和商業(yè)領域中具有廣闊的應用前景。由于無線自組織網(wǎng)絡和多媒體數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶匦裕W(wǎng)絡協(xié)議的設計成了決定WMSN性能至關重要的部分。經(jīng)典的路由協(xié)議如按需距離矢量路由協(xié)議(AODV)、動態(tài)源路由(DSR)等在路由建立的過程中是通過洪泛的方式發(fā)送路徑請求分組。采用這種方式發(fā)送路徑請求包的缺點是請求包的轉(zhuǎn)發(fā)的范圍過大，包括了一些不必要的節(jié)點，因此洪泛的方式導致控制開銷過大， 增加了節(jié)點能量的消耗，而麗SN是一個能量有限的網(wǎng)絡，能量問題直接影響到網(wǎng)絡的生命期。地理位置路由(Location Aided Routing，LAR)，即知道目的節(jié)點的地理位置信息，路由請求就可以減小路徑請求包的轉(zhuǎn)發(fā)范圍，減小不必要的能量消耗。由于路由更新的重新定義，LAR不要像原來的主動路由那樣交換大量的控制信息。同時，它也不會像按需路由那樣有較大的時延。LAR路由是在DSR路由的基礎上改進而來的。它的原理是基于路由修復當一個節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)一個包但是沒有收到下一跳的應答信號時，它會向源節(jié)點發(fā)送錯誤信號，并且另外選擇一條路徑到達目的節(jié)點。該節(jié)點首先查看一下路由緩沖器，如果找到一條路徑，就用新路徑代替原來的路徑。所以說，路由修復是中繼節(jié)點發(fā)現(xiàn)下一跳壞了但避免把包丟棄的一種機制。但如果這些中繼節(jié)點周圍的無線信道是很繁忙的，在這種情況下進行路由修復則弊大于利。因為首先，特別擁塞的節(jié)點，由于碰撞或者噪聲的問題，接收包有很大的丟失率。節(jié)點在這種情況下進行路由修復就沒有意義了，因為高的包丟失率，接收到的路由信息包越來越少，導致路由表中存了一些低質(zhì)量的路徑，還不如直接丟棄。其次，如果節(jié)點在進行路由修復時把包傳給一個已經(jīng)移走的鄰居，會重復幾次發(fā)送請求發(fā)送幀包，導致這個節(jié)點的鄰居偵聽到這些請求發(fā)送幀后需要等待一段規(guī)定的時間，這會進一步加劇周圍這些節(jié)點的擁塞狀況。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術存在的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種無線多媒體傳感網(wǎng)絡的地理位置路由協(xié)議改進方法，從而解決在無線多媒體傳感網(wǎng)絡吞吐量小，時延長，壽命短，能耗大的問題。本發(fā)明提出無線多媒體傳感網(wǎng)絡的地理位置路由協(xié)議改進方法，對地理位置路由協(xié)議進行了改進，從而提高地理位置路由的吞吐量、減小其包延時和路由開銷。
為達到上述目的，本發(fā)明的技術方案是
一種無線多媒體傳感網(wǎng)的地理位置路由協(xié)議改進方法，通過節(jié)點媒體訪問控制層平均利用率和瞬時發(fā)送隊列長度來判別節(jié)點的擁塞信息，根據(jù)節(jié)點的擁塞情況來改變地理位置信息路由發(fā)現(xiàn)機制，本方法的實現(xiàn)步驟為
a)當一個中繼節(jié)點收到一個請求信息包，它首先檢查自己是否為目的節(jié)點，如果是目的節(jié)點，則對請求信息包進行處理；
b)如果不是目的節(jié)點，則檢查中繼節(jié)點自身的擁塞情況，如果擁塞度已經(jīng)超過了本節(jié)點設定的門限，說明本節(jié)點已經(jīng)很繁忙了，這個節(jié)點就不會處理和轉(zhuǎn)發(fā)路由請求，而是直接把請求信息丟棄，達到在路由發(fā)現(xiàn)中忽略這些繁忙節(jié)點的目的；
c)忽略這些繁忙節(jié)點后，路由選擇比較空閑的路徑而不是最短路徑發(fā)送請求信息包， 減小請求信息包從源節(jié)點到目的節(jié)點的總時延。所述節(jié)點的擁塞信息從兩方面來判別
a)節(jié)點媒體訪問控制層平均利用率，即一段時間內(nèi)節(jié)點網(wǎng)絡接口隊列有請求信息包或者正在發(fā)送請求信息包的時間比例，它可以表明節(jié)點周圍的無線信道的繁忙程度；
b)節(jié)點瞬時發(fā)送隊列長度，在很多情況下，節(jié)點媒體訪問控制層擁塞影響不大，請求信息包的積壓對系統(tǒng)影響更大，瞬時發(fā)送隊列長度越長，請求信息包的時延越久，甚至會因為隊列長度的限制而丟掉一些請求信息包。本發(fā)明與已有技術相對照，具有如下優(yōu)點
本發(fā)明提出的地理位置路由協(xié)議改進方法使路由更容易選擇比較空閑的路徑而不是最短路徑，從而增加了整個無線多媒體傳感網(wǎng)網(wǎng)絡的公平性，它可以避免某些重載節(jié)點過早死亡，造成網(wǎng)絡癱瘓，延長了整個網(wǎng)絡的生命周期；減少了路由開銷，增大了吞吐量，具有服務質(zhì)量(Quality of Service, QoS)特性，減小請求信息包從源節(jié)點到目的節(jié)點的總時延。


圖1是本發(fā)明所提出的無線多媒體傳感網(wǎng)的地理位置路由協(xié)議改進方法中節(jié)點處理一個路由請求包的流程圖2是無線多媒體傳感網(wǎng)的地理位置路由協(xié)議改進方法與LAR和DSR在吞吐量與負載方面的對比仿真圖3是無線多媒體傳感網(wǎng)的地理位置路由協(xié)議改進方法與LAR和DSR在每成功發(fā)送一個數(shù)據(jù)包用的路由包數(shù)與負載的對比仿真圖4是無線多媒體傳感網(wǎng)的地理位置路由協(xié)議改進方法與LAR和DSR在端到端時延與負載方面的對比仿真圖。
具體實施例方式以下結合附圖對本發(fā)明的實施例作進一步的詳細描述。如圖1所示，一種無線多媒體傳感網(wǎng)的地理位置路由協(xié)議改進方法，通過節(jié)點媒體訪問控制層平均利用率和瞬時發(fā)送隊列長度來判別節(jié)點的擁塞信息，根據(jù)節(jié)點的擁塞情況來改變地理位置信息路由發(fā)現(xiàn)機制，本方法的實現(xiàn)步驟為a)當一個中繼節(jié)點收到一個請求信息包，它首先檢查自己是否為目的節(jié)點，如果是目的節(jié)點，則對請求信息包進行處理；
b)如果不是目的節(jié)點，則檢查中繼節(jié)點自身的擁塞情況，如果擁塞度已經(jīng)超過了本節(jié)點設定的門限，說明本節(jié)點已經(jīng)很繁忙了，這個節(jié)點就不會處理和轉(zhuǎn)發(fā)路由請求，而是直接把請求信息丟棄，達到在路由發(fā)現(xiàn)中忽略這些繁忙節(jié)點的目的；
c)忽略這些繁忙節(jié)點后，路由選擇比較空閑的路徑而不是最短路徑發(fā)送請求信息包， 減小請求信息包從源節(jié)點到目的節(jié)點的總時延。所述節(jié)點的擁塞信息從兩方面來判別
a)節(jié)點媒體訪問控制層平均利用率，即一段時間內(nèi)節(jié)點網(wǎng)絡接口隊列有請求信息包或者正在發(fā)送請求信息包的時間比例，它可以表明節(jié)點周圍的無線信道的繁忙程度；
b)節(jié)點瞬時發(fā)送隊列長度，在很多情況下，節(jié)點媒體訪問控制層擁塞影響不大，請求信息包的積壓對系統(tǒng)影響更大，瞬時發(fā)送隊列長度越長，請求信息包的時延越久，甚至會因為隊列長度的限制而丟掉一些請求信息包。圖2、3、4中的ILAR代表本發(fā)明所提出的無線多媒體傳感網(wǎng)的地理位置路由協(xié)議改進方法，其中設置節(jié)點運動速l.Om/s，每個包的大小512字節(jié)。網(wǎng)絡由40個固定碼率 (CBR)流的節(jié)點組成，在600m*600m的區(qū)域里面，采用UDP傳輸協(xié)議。源和目的節(jié)點對是隨機選擇的，CBR包的速率由lOpackets/s到60paCketS/S變化，改變網(wǎng)絡的負載強度。如圖2所示中，在輕載的情況下，地理位置路由協(xié)議改進方法和DSR、LAR的吞吐量差別不大。在包的速率達到30paCketS/S的時候，地理位置路由協(xié)議改進方法的吞吐量明顯高于DSR和LAR的吞吐量。這是因為，在重載的情況下，DSR和LAR出現(xiàn)了某些節(jié)點的擁塞，進而導致了系統(tǒng)整體性能的下降。隨著負載的加大，地理位置路由協(xié)議改進方法在吞吐量方面優(yōu)勢更加明顯，而且起到負載均衡的作用，防止了擁塞，避免某些節(jié)點能量過早耗盡而死亡。如圖3中所示，地理位置路由協(xié)議改進方法每成功發(fā)送一個數(shù)據(jù)包所用的路由包數(shù)和LAR差不多，但是明顯低于DSR。這是因為地理位置路由協(xié)議改進方法和LAR都是基于位置信息的路由，它們限定了路由請求的洪泛范圍，極大地節(jié)省了路由開銷，進而節(jié)省了節(jié)點的能量。而地理位置路由協(xié)議改進方法采用了防擁塞的路由，減少了繁忙節(jié)點的碰撞重發(fā)和路徑損壞，開銷稍優(yōu)于LAR。如圖4中所示，包的端到端的時延方面，地理位置路由協(xié)議改進方法、DSR和LAR在輕載的狀況下幾乎相同。在包的速率達到30paCketS/S的情況下，三者的時延出現(xiàn)了差別， 地理位置路由協(xié)議改進方法端到端的時延明顯低于DSR和LAR。這是因為節(jié)點負載增加以后，某些節(jié)點出現(xiàn)擁塞，造成端到端的時延增大。而地理位置路由協(xié)議改進方法避免了路由經(jīng)過擁塞節(jié)點，端到端時延比較小。
權利要求
1.一種無線多媒體傳感網(wǎng)的地理位置路由協(xié)議改進方法，其特征在于本方法通過節(jié)點媒體訪問控制層平均利用率和瞬時發(fā)送隊列長度來判別節(jié)點的擁塞信息，根據(jù)節(jié)點的擁塞情況來改變地理位置信息路由發(fā)現(xiàn)機制，本方法的實現(xiàn)步驟為a)當一個中繼節(jié)點收到一個請求信息包，它首先檢查自己是否為目的節(jié)點，如果是目的節(jié)點，則對請求信息包進行處理；b)如果不是目的節(jié)點，則檢查中繼節(jié)點自身的擁塞情況，如果擁塞度已經(jīng)超過了本節(jié)點設定的門限，說明本節(jié)點已經(jīng)很繁忙了，這個節(jié)點就不會處理和轉(zhuǎn)發(fā)路由請求，而是直接把請求信息丟棄，達到在路由發(fā)現(xiàn)中忽略這些繁忙節(jié)點的目的；c)忽略這些繁忙節(jié)點后，路由選擇比較空閑的路徑而不是最短路徑發(fā)送請求信息包， 減小請求信息包從源節(jié)點到目的節(jié)點的總時延。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種無線多媒體傳感網(wǎng)的地理位置路由協(xié)議改進方法，其特征在于所述節(jié)點的擁塞信息從兩方面來判別a)節(jié)點媒體訪問控制層平均利用率，即一段時間內(nèi)節(jié)點網(wǎng)絡接口隊列有請求信息包或者正在發(fā)送請求信息包的時間比例，它可以表明節(jié)點周圍的無線信道的繁忙程度；b)節(jié)點瞬時發(fā)送隊列長度，在很多情況下，節(jié)點媒體訪問控制層擁塞影響不大，請求信息包的積壓對系統(tǒng)影響更大，瞬時發(fā)送隊列長度越長，請求信息包的時延越久，甚至會因為隊列長度的限制而丟掉一些請求信息包。
全文摘要
本發(fā)明提供一種無線多媒體傳感網(wǎng)絡的地理位置路由協(xié)議改進方法，通過節(jié)點媒體訪問控制層平均利用率和瞬時發(fā)送隊列長度來判別節(jié)點的擁塞信息，根據(jù)節(jié)點的擁塞情況來改變地理位置信息路由發(fā)現(xiàn)機制，本發(fā)明提出的地理位置路由協(xié)議改進方法使路由更容易選擇比較空閑的路徑而不是最短路徑，從而增加了整個無線多媒體傳感網(wǎng)網(wǎng)絡的公平性，它可以避免某些重載節(jié)點過早死亡，造成網(wǎng)絡癱瘓，延長了整個網(wǎng)絡的生命周期；減少了路由開銷，增大了吞吐量。
文檔編號H04W40/20GK102244915SQ20111004582
公開日2011年11月16日 申請日期2011年2月25日 優(yōu)先權日2011年2月25日
發(fā)明者張勇, 張震, 徐麗娜, 薛用, 郭燦, 金彥亮 申請人:上海大學