專利名稱：一種無線傳感網(wǎng)地理位置路由空洞處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及ー種無線傳感網(wǎng)地理位置路由空洞處理方法。
背景技術(shù)：
在數(shù)據(jù)分組傳送目標(biāo)區(qū)域的過程中，分為數(shù)據(jù)分組發(fā)往目標(biāo)區(qū)域和目標(biāo)區(qū)域內(nèi)散布數(shù)據(jù)分組2個(gè)階段。在數(shù)據(jù)分組發(fā)往目標(biāo)區(qū)域過程中，基于地理位置信息和能量感知的路由協(xié)議GEAR (Geographical and Energy Aware Routing)利用地理位置信息和能量作為選擇路徑的標(biāo)準(zhǔn)，選擇最佳路徑，將數(shù)據(jù)傳送到目標(biāo)區(qū)域，被認(rèn)為是目前解決能量和處理資 源嚴(yán)重受限的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中最有效的路由協(xié)議之一。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)模型中，假設(shè)每個(gè)節(jié)點(diǎn)都是靜止的，井能通過GPS或者其他一些技術(shù)獲得節(jié)點(diǎn)自己的剰余能量信息，每個(gè)數(shù)據(jù)分組都指定了目的地的地理位置。節(jié)點(diǎn)N轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)分組，其目標(biāo)區(qū)域的中心節(jié)點(diǎn)為T(稱為目標(biāo)節(jié)點(diǎn))，GEAR路由協(xié)議的執(zhí)行流程如圖I所示，包括以下步驟
I )、節(jié)點(diǎn)N遍歷本節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)列表，判斷實(shí)際代價(jià)比節(jié)點(diǎn)N小的鄰居節(jié)點(diǎn)Nd是否存在；
2)、若鄰節(jié)點(diǎn)中實(shí)際代價(jià)比節(jié)點(diǎn)N小的節(jié)點(diǎn)Nd存在，判斷節(jié)點(diǎn)Nd中是否存在目標(biāo)節(jié)
點(diǎn)T，判斷結(jié)果為是，則數(shù)據(jù)分組傳送結(jié)束；判斷結(jié)果為否，則將節(jié)點(diǎn)Nd作為下ー跳轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)分組；
3)、若節(jié)點(diǎn)N的所有鄰居節(jié)點(diǎn)到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)T的實(shí)際代價(jià)都比節(jié)點(diǎn)N大，則N為空洞節(jié)點(diǎn)，此時(shí)節(jié)點(diǎn)N選取鄰節(jié)點(diǎn)中實(shí)際代價(jià)次最小的節(jié)點(diǎn)Ni,判斷節(jié)點(diǎn)Ni中是否為目標(biāo)節(jié)點(diǎn)
T，判斷結(jié)果為是，則數(shù)據(jù)分組傳送結(jié)束；判斷結(jié)果為否，則將節(jié)點(diǎn)Ni作為下ー跳轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)分組，這樣數(shù)據(jù)分組的傳送避免了空洞節(jié)點(diǎn)N。如果節(jié)點(diǎn)N沒有其鄰居節(jié)點(diǎn)的實(shí)際代價(jià)h(Ni，T)值，則使用估計(jì)代價(jià)C(NiiT)作為h鞏;Γ)的缺省值。鄰居節(jié)點(diǎn)的估計(jì)代價(jià)計(jì)算公式如下
C(M1T) = a X &具,7) + (1-a) x^sNi)
為N的鄰居節(jié)點(diǎn)Ni到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)T的估計(jì)代價(jià)； a為比可調(diào)權(quán)值參數(shù)；
=.....為節(jié)點(diǎn)N到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)T距離歸一化取值；
^2，L Jjmxi
d(U)為節(jié)點(diǎn)N到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)T的距離；Cl(我,I))·為N的鄰居節(jié)點(diǎn)Ni到T節(jié)點(diǎn)最大的值；
ゆd =為節(jié)點(diǎn)剰余能量歸ー化取值；
s(、Nd 飄
り為節(jié)點(diǎn)N的已消耗能量；
卿皿為N的鄰居節(jié)點(diǎn)Ni中已消耗的最大能量。如圖2圖所示，假設(shè)節(jié)點(diǎn)均勻分布在矩形區(qū)域，且單位距離節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳送能量代價(jià)為I。有數(shù)據(jù)分組從節(jié)點(diǎn)S到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)T，C到T到距離最短，節(jié)點(diǎn)C是S到節(jié)點(diǎn)T的最 優(yōu)路由節(jié)點(diǎn)，但是由于G、H、L、M節(jié)點(diǎn)為無效節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)C出現(xiàn)路由空洞。針對(duì)路由空洞問題，節(jié)點(diǎn)C選擇其附近最小代價(jià)節(jié)點(diǎn)B (或者D)作為次最優(yōu)路由。當(dāng)再次有數(shù)據(jù)從節(jié)點(diǎn)S傳送至目標(biāo)節(jié)點(diǎn)T時(shí)，選擇最小能量路徑為B-A-J-K-T路徑。GEAR協(xié)議查詢數(shù)據(jù)方法可以在一定程度上減少路由空洞的產(chǎn)生。但是經(jīng)能量代價(jià)優(yōu)化獲得的路徑，經(jīng)過一段時(shí)間后，若原路由空洞節(jié)點(diǎn)成為新空洞節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)中代價(jià)次最小節(jié)點(diǎn)，則會(huì)出現(xiàn)選擇原來空洞節(jié)點(diǎn)作為下ー跳，反復(fù)形成先前的路由空洞問題。如圖I所示，C節(jié)點(diǎn)為原路由空洞節(jié)點(diǎn)，經(jīng)過一段時(shí)間后，節(jié)點(diǎn)B也成為了路由空洞節(jié)點(diǎn)，由于節(jié)點(diǎn)C與節(jié)點(diǎn)B的實(shí)際代價(jià)值大小相近，所以節(jié)點(diǎn)B有可能會(huì)選擇C作為下ー跳節(jié)點(diǎn)，而重復(fù)出現(xiàn)了之前的路由空洞問題。這時(shí)需要在兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間多次循環(huán)作為下一跳，才能跳出路由空洞區(qū)域，會(huì)造成大量不必要的能量損耗。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題就是提供一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由空洞處理方法，它能避免原路由空洞節(jié)點(diǎn)與新空洞節(jié)點(diǎn)之間相互選擇，節(jié)省網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)的能量。本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是通過這樣的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，它包括以下步驟 步驟I、判斷空洞節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)查看hole位是否含有空洞節(jié)點(diǎn)信息,如果hole位為空洞
節(jié)點(diǎn)信息，則在節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)中選取非空洞節(jié)點(diǎn)承接數(shù)據(jù)分組；
步驟2、判斷目的節(jié)點(diǎn)在節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)中尋找目的節(jié)點(diǎn)，若存在目的節(jié)點(diǎn)，數(shù)據(jù)分組傳送至目的節(jié)點(diǎn)；
步驟3、判定路由節(jié)點(diǎn)在鄰居節(jié)點(diǎn)中不存在目的節(jié)點(diǎn)的情況下，在節(jié)點(diǎn)的兩跳節(jié)點(diǎn)集選距離目的節(jié)點(diǎn)最近的非空洞節(jié)點(diǎn)，然后在一跳節(jié)點(diǎn)集中找出到兩跳節(jié)點(diǎn)代價(jià)最小的節(jié)點(diǎn)，將該ー跳節(jié)點(diǎn)和該兩跳節(jié)點(diǎn)作為路由節(jié)點(diǎn)；
步驟4、確認(rèn)空洞節(jié)點(diǎn)在步驟3中，一跳節(jié)點(diǎn)集中沒有找到兩跳節(jié)點(diǎn)代價(jià)最小的節(jié)點(diǎn)，則節(jié)點(diǎn)為空洞節(jié)點(diǎn)，修改節(jié)點(diǎn)的hole參數(shù)為空洞節(jié)點(diǎn)信息,發(fā)送hello消息給鄰居節(jié)點(diǎn)，并轉(zhuǎn)入步驟I中。在上述步驟2中，包括以下步驟
(1)、在一跳鄰居節(jié)點(diǎn)中尋找目的節(jié)點(diǎn)，若存在目的節(jié)點(diǎn)，數(shù)據(jù)分組傳送至目的節(jié)點(diǎn)；
(2)、在一跳鄰居節(jié)點(diǎn)不存在目的節(jié)點(diǎn)的情況下，在兩跳鄰居節(jié)點(diǎn)中尋找目的節(jié)點(diǎn)，若存在目的節(jié)點(diǎn)，在一跳節(jié)點(diǎn)集中找出到目的節(jié)點(diǎn)代價(jià)最小的節(jié)點(diǎn)作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆酚晒?jié)點(diǎn)；
(3)、在兩跳鄰居節(jié)點(diǎn)中存在目的節(jié)點(diǎn)的條件下，但在ー跳節(jié)點(diǎn)集中沒有找出到目的節(jié)點(diǎn)代價(jià)最小的節(jié)點(diǎn)，則節(jié)點(diǎn)為空洞節(jié)點(diǎn)，修改節(jié)點(diǎn)的hole參數(shù)為空洞節(jié)點(diǎn)信息，發(fā)送hello消息給鄰居節(jié)點(diǎn)，并轉(zhuǎn)入步驟I中；
在兩跳鄰居節(jié)點(diǎn)中不存在目的節(jié)點(diǎn)吋，則流程進(jìn)入所述步驟3。由于本發(fā)明在步驟I中首先判斷節(jié)點(diǎn)hole位是否含有空洞節(jié)點(diǎn)信息，同時(shí)在步驟I和步驟3中依據(jù)鄰居節(jié)點(diǎn)列表可以判定鄰居節(jié)點(diǎn)的空洞節(jié)點(diǎn)，由此確定非空洞節(jié)點(diǎn)，避開了該路由空洞節(jié)點(diǎn)而選擇更合適的路由節(jié)點(diǎn)，從而避免了原路由空洞節(jié)點(diǎn)與新空洞節(jié)點(diǎn)之間相互選擇，節(jié)省了網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)的(或者改為空洞區(qū)域周圍節(jié)點(diǎn)的)能量。另外，在步驟4中確認(rèn)了本節(jié)點(diǎn)為空洞節(jié)點(diǎn)時(shí)，則更新節(jié)點(diǎn)的hole參數(shù),并發(fā)送hello消息給鄰居節(jié)點(diǎn),使鄰居節(jié)點(diǎn)的信息記錄得以更新，這樣隨時(shí)間的改變，各節(jié)點(diǎn)的變化狀態(tài)能及時(shí)準(zhǔn)確地記錄，保證路由節(jié)點(diǎn)選擇的正確性。


本發(fā)明的

如下 圖I為現(xiàn)有GEAR路由協(xié)議的流程 圖2為現(xiàn)有GEAR路由空洞節(jié)點(diǎn)的示意 圖3為本發(fā)明的流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。每個(gè)節(jié)點(diǎn)建立有鄰居節(jié)點(diǎn)列表，該表記錄其兩跳范圍內(nèi)鄰居節(jié)點(diǎn)的信息，包括距離本節(jié)點(diǎn)一跳的鄰居節(jié)點(diǎn)集s( N )-1和兩跳的節(jié)點(diǎn)集S( N)-2的位置信息、能量信息和路由空洞信息，其中路由空洞信息設(shè)為hole數(shù)位；節(jié)點(diǎn)通過hello消息的方式獲取鄰居節(jié)點(diǎn)信息。節(jié)點(diǎn)需要通過兩次信息交換，分別將自己及其一跳的鄰居節(jié)點(diǎn)信息廣播給節(jié)點(diǎn)的一跳鄰居節(jié)點(diǎn)。假設(shè)當(dāng)前節(jié)點(diǎn)為N，轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)分組到目的節(jié)點(diǎn)是T，本發(fā)明的流程圖如圖3所示 在步驟SOl，處理過程開始；
在步驟S02，節(jié)點(diǎn)N通過選擇路徑，欲將數(shù)據(jù)分組傳送到節(jié)點(diǎn)T ；
在步驟S03，根據(jù)N節(jié)點(diǎn)的hole數(shù)位信息(如設(shè)置為I，作為空洞節(jié)點(diǎn))判斷節(jié)點(diǎn)N是否為空洞節(jié)點(diǎn)；如果步驟S03判斷為“是”，則執(zhí)行步驟S04，節(jié)點(diǎn)N在自己一跳鄰居節(jié)點(diǎn)集S (N )-I中尋找替換的非空洞節(jié)點(diǎn)N z，節(jié)點(diǎn)N將數(shù)據(jù)分組送入節(jié)點(diǎn)N z，用節(jié)點(diǎn)N z替代節(jié)點(diǎn)N傳送數(shù)據(jù)(即N= N z );如果步驟S03判斷為“否”，處理過程進(jìn)行到步驟S05 ；
在步驟S05，判斷節(jié)點(diǎn)N的鄰居節(jié)點(diǎn)是否存在目的節(jié)點(diǎn)T，如果步驟S05的判斷為“是”，節(jié)點(diǎn)N將數(shù)據(jù)分組傳送至T，流程結(jié)束；如果步驟S05的判斷為“否”，則進(jìn)行下ー步驟S06 ；在步驟S06，節(jié)點(diǎn)N的兩跳節(jié)點(diǎn)集S (N) -2選擇距離目的節(jié)點(diǎn)T最近的非空洞節(jié)點(diǎn)J，然后進(jìn)入步驟S07 ；
在步驟S07，在一跳節(jié)點(diǎn)集S( N )-1中尋找到兩跳節(jié)點(diǎn)J代價(jià)最小的節(jié)點(diǎn)M，即C(N, M)+C(M, J)最小，這種判斷有兩種結(jié)果
第一種判斷結(jié)果是S(N)-I中存在節(jié)點(diǎn)M,則ー跳節(jié)點(diǎn)M和該兩跳節(jié)點(diǎn)J作為路由節(jié)點(diǎn)，數(shù)據(jù)分組從N傳送至M,再由M傳送至J ;此后,節(jié)點(diǎn)J相當(dāng)于步入了節(jié)點(diǎn)N的環(huán)節(jié)(即N=J)，循環(huán)運(yùn)行本流程；
第二種判斷結(jié)果是s( N )-1中不存在節(jié)點(diǎn)M，則節(jié)點(diǎn)N確定為空洞節(jié)點(diǎn)，此時(shí)修改N節(jié)點(diǎn)的hole參數(shù)為空洞節(jié)點(diǎn)信息，發(fā)送hello消息給鄰居節(jié)點(diǎn)，并則執(zhí)行步驟S04，即ー跳鄰居節(jié)點(diǎn)中尋找替換的非空洞節(jié)點(diǎn)N ^，用節(jié)點(diǎn)N ^替代節(jié)點(diǎn)N傳送數(shù)據(jù)。步驟S05可細(xì)分以下三個(gè)步驟 在步驟S05-1，判斷節(jié)點(diǎn)N的一跳鄰居節(jié)點(diǎn)S( N )-I是否存在目的節(jié)點(diǎn)T，如果判斷結(jié)果為“是”，節(jié)點(diǎn)N將數(shù)據(jù)分組傳送至T，流程結(jié)束；如果判斷結(jié)果為“否”，則進(jìn)行下ー步驟S05-2 ；
在步驟S05-2，判斷節(jié)點(diǎn)N的兩跳鄰居節(jié)點(diǎn)S( N )-2是否存在目的節(jié)點(diǎn)T，如果判斷結(jié)果為“是”，則進(jìn)行下ー步驟S05-3 ；
在步驟S05-3，在一跳節(jié)點(diǎn)集S( N )-1中尋找到目的節(jié)點(diǎn)T代價(jià)最小的節(jié)點(diǎn)M，即C (N, M)+C(M, T)最小，這種判斷有兩種結(jié)果
第一種判斷結(jié)果是S ( N )-I中存在節(jié)點(diǎn)M，則數(shù)據(jù)分組從N傳送至M，再由M傳送至T，流程結(jié)束；
第二種判斷結(jié)果是S( N )-1中不存在節(jié)點(diǎn)M，則節(jié)點(diǎn)N確定為空洞節(jié)點(diǎn)，此時(shí)修改N節(jié)點(diǎn)的hole參數(shù)為空洞節(jié)點(diǎn)信息，發(fā)送hello消息給鄰居節(jié)點(diǎn)，并則執(zhí)行步驟S04，即ー跳鄰居節(jié)點(diǎn)中尋找替換的非空洞節(jié)點(diǎn)N ^，用節(jié)點(diǎn)N ^替代節(jié)點(diǎn)N傳送數(shù)據(jù)。如果步驟S05-2判斷結(jié)果為“否”，則進(jìn)入步驟S06。
權(quán)利要求
1.一種無線傳感器網(wǎng)地理位置路由空洞處理方法，包括以下步驟 步驟I、判斷空洞節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)查看hole位是否含有空洞節(jié)點(diǎn)信息,如果hole位為空洞節(jié)點(diǎn)信息，則在節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)中選取非空洞節(jié)點(diǎn)承接數(shù)據(jù)分組； 步驟2、判斷目的節(jié)點(diǎn)在節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)中尋找目的節(jié)點(diǎn)，若存在目的節(jié)點(diǎn)，數(shù)據(jù)分組傳送至目的節(jié)點(diǎn)； 步驟3、判定路由節(jié)點(diǎn)在鄰居節(jié)點(diǎn)中不存在目的節(jié)點(diǎn)的情況下，在節(jié)點(diǎn)的兩跳節(jié)點(diǎn)集選距離目的節(jié)點(diǎn)最近的非空洞節(jié)點(diǎn)，然后在一跳節(jié)點(diǎn)集中找出到兩跳節(jié)點(diǎn)代價(jià)最小的節(jié)點(diǎn)，將該一跳節(jié)點(diǎn)和該兩跳節(jié)點(diǎn)作為路由節(jié)點(diǎn)； 步驟4、確認(rèn)空洞節(jié)點(diǎn)在步驟3中，一跳節(jié)點(diǎn)集中沒有找到兩跳節(jié)點(diǎn)代價(jià)最小的節(jié)點(diǎn)，則節(jié)點(diǎn)為空洞節(jié)點(diǎn)，修改節(jié)點(diǎn)的hole參數(shù)為空洞節(jié)點(diǎn)信息,發(fā)送hello消息給鄰居節(jié)點(diǎn)，并轉(zhuǎn)入步驟I中。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由空洞處理方法，其特征在于，所述步驟2中，包含以下步驟 (1)、在一跳鄰居節(jié)點(diǎn)中尋找目的節(jié)點(diǎn)，若存在目的節(jié)點(diǎn)，數(shù)據(jù)分組傳送至目的節(jié)點(diǎn)； (2)、在一跳鄰居節(jié)點(diǎn)不存在目的節(jié)點(diǎn)的情況下，在兩跳鄰居節(jié)點(diǎn)中尋找目的節(jié)點(diǎn)，若存在目的節(jié)點(diǎn)，在一跳節(jié)點(diǎn)集中找出到目的節(jié)點(diǎn)代價(jià)最小的節(jié)點(diǎn)作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆酚晒?jié)占. (3)、在兩跳鄰居節(jié)點(diǎn)中存在目的節(jié)點(diǎn)的條件下，但在一跳節(jié)點(diǎn)集中沒有找出到目的節(jié)點(diǎn)代價(jià)最小的節(jié)點(diǎn)，則節(jié)點(diǎn)為空洞節(jié)點(diǎn)，修改節(jié)點(diǎn)的hole參數(shù)為空洞節(jié)點(diǎn)信息，發(fā)送hello消息給鄰居節(jié)點(diǎn)，并轉(zhuǎn)入步驟I中； 在兩跳鄰居節(jié)點(diǎn)中不存在目的節(jié)點(diǎn)時(shí)，則流程進(jìn)入所述步驟3。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種無線傳感網(wǎng)地理位置路由空洞處理方法。它包括以下步驟1、判斷空洞節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)查看hole位是否含有空洞節(jié)點(diǎn)信息；2、判斷目的節(jié)點(diǎn)在節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)中尋找目的節(jié)點(diǎn)，若存在目的節(jié)點(diǎn)，數(shù)據(jù)分組傳送至目的節(jié)點(diǎn)；3、判定路由節(jié)點(diǎn)在的兩跳節(jié)點(diǎn)集選距離目的節(jié)點(diǎn)最近的非空洞節(jié)點(diǎn)，然后在一跳節(jié)點(diǎn)集中找出到兩跳節(jié)點(diǎn)代價(jià)最小的節(jié)點(diǎn)，將該一跳節(jié)點(diǎn)和該兩跳節(jié)點(diǎn)作為路由節(jié)點(diǎn)；、4、確認(rèn)空洞節(jié)點(diǎn)在步驟3中，一跳節(jié)點(diǎn)集中沒有找到兩跳節(jié)點(diǎn)代價(jià)最小的節(jié)點(diǎn)，則節(jié)點(diǎn)為空洞節(jié)點(diǎn)，修改節(jié)點(diǎn)的hole參數(shù)為空洞節(jié)點(diǎn)信息，發(fā)送hello消息給鄰居節(jié)點(diǎn)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是能避免原路由空洞節(jié)點(diǎn)與新空洞節(jié)點(diǎn)之間相互選擇，節(jié)省網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)的能量。
文檔編號(hào)H04W40/10GK102665252SQ20121018199
公開日2012年9月12日 申請(qǐng)日期2012年6月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月5日
發(fā)明者晉保霞, 樊宇, 江禹生 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)