專利名稱：一種基于網(wǎng)格分簇的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)xy地域廣播路由協(xié)議的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于網(wǎng)格分簇的XY 地域廣播路由方法。該方法利用節(jié)點(diǎn)的位置信息把整個(gè)網(wǎng)絡(luò)區(qū)域分成網(wǎng)格，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都處在 一個(gè)特定的網(wǎng)格里，數(shù)據(jù)包按照網(wǎng)格的坐標(biāo)位置，沿著X軸和Y軸方向?qū)?shù)據(jù)發(fā)送到所要廣 播到的區(qū)域。
背景技術(shù)：
由傳感器、微處理器和無線通信接口組成的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一門日益引起人們研究興 趣的技術(shù)。它廣闊的應(yīng)用前景使其在醫(yī)療衛(wèi)生、環(huán)境監(jiān)測和軍事領(lǐng)域得到了飛速發(fā)展。由于 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通常由大量密集的傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，節(jié)點(diǎn)的能源、計(jì)算能力和帶寬都非常有 限，傳統(tǒng)的無線路由協(xié)議不適合無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議設(shè)計(jì)的首要目標(biāo) 是有效節(jié)約能源，延長網(wǎng)絡(luò)生命周期。
為了提高無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的壽命，網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)的能量均衡問題已成為研究的重點(diǎn)問 題。節(jié)點(diǎn)分簇方法被學(xué)術(shù)及工業(yè)界普遍認(rèn)為是提高能量有效性的可行方法。節(jié)點(diǎn)分簇具有拓 撲管理方便、能量利用高效、數(shù)據(jù)融合簡單等優(yōu)點(diǎn)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)格式分簇方法大多是 利用傳感器節(jié)點(diǎn)的位置信息，分布式的將它們分在正方形的網(wǎng)格中，每個(gè)網(wǎng)格中的節(jié)點(diǎn)以某 種機(jī)制交替的充當(dāng)簇頭節(jié)點(diǎn)，來負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的收發(fā)，網(wǎng)格中除了簇頭以外的其它大多數(shù)節(jié)點(diǎn)處 于休眠狀態(tài)以節(jié)省能量。
GAF(Geographic adaptive fidelity地域自適應(yīng)保真)算法就是這種分簇算法的典型代表。 GAF工作方式如下首先，假設(shè)每個(gè)節(jié)點(diǎn)都具有自己相對于其他節(jié)點(diǎn)的確切位置信息，這個(gè) 位置信息可以通過GPS或其它的定位方式獲得。把網(wǎng)絡(luò)按地理位置分成虛擬的小網(wǎng)格，網(wǎng)格 中的節(jié)點(diǎn)輪流充當(dāng)簇頭，使每個(gè)節(jié)點(diǎn)所承擔(dān)的傳輸任務(wù)較為均衡，以達(dá)到網(wǎng)格內(nèi)能量均衡的 目的。為了讓兩個(gè)相鄰網(wǎng)格中的活動節(jié)點(diǎn)處于網(wǎng)格中的任何位置都能相互通信，這里給出了
確定網(wǎng)格邊長r的方法，滿足rS^，其中i 是節(jié)點(diǎn)的傳輸半徑。按照這種方法，整個(gè)傳感
器網(wǎng)絡(luò)被虛擬的分割成半徑為r的網(wǎng)格。
地域廣播是向給定區(qū)域內(nèi)的節(jié)點(diǎn)子集發(fā)送數(shù)據(jù)，是多播的一種。本發(fā)明中提出的XY地 域廣播路由方法是基于XY單播路由協(xié)議的。在XY單播路由協(xié)議中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)只能把數(shù)據(jù)
3傳輸給自己的鄰居節(jié)點(diǎn)。例如，節(jié)點(diǎn)(x, y)只能把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給(x-l, y)， (x+l， y)， (x, y-l)， (x, y+l)， 也只能從這些網(wǎng)格中的節(jié)點(diǎn)接收數(shù)據(jù)。算法的偽代碼如圖2所示。源節(jié)點(diǎn)向目的節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù) 據(jù)時(shí)，只要獲知目的節(jié)點(diǎn)的位置信息，數(shù)據(jù)包先沿著X軸方向?qū)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到與目的節(jié)點(diǎn)處于 同一Y軸的節(jié)點(diǎn)，再沿著Y軸方向?qū)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到目的端。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明利用了網(wǎng)格分簇特有的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和XY路由方法的簡單可靠性，設(shè)計(jì)了一種在無 線傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于網(wǎng)格分簇的XY地域廣播路由方法。
本發(fā)明主要用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，可以在一定程度上保證了全網(wǎng)節(jié)點(diǎn)能量有效性的基 礎(chǔ)上，用簡單有效的路由方法保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)聂敯粜?，同時(shí)避免了重復(fù)傳輸。


圖1是一個(gè)基于網(wǎng)格分簇的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)XY地域廣播路由協(xié)議的數(shù)據(jù)包傳輸?shù)睦?圖。其中黑色節(jié)點(diǎn)表示數(shù)據(jù)源節(jié)點(diǎn)和地域廣播目的節(jié)點(diǎn)，灰色節(jié)點(diǎn)表示其它處在網(wǎng)格中處于 活動狀態(tài)的簇頭節(jié)點(diǎn)，白色節(jié)點(diǎn)標(biāo)識處在休眠狀態(tài)中的節(jié)點(diǎn)。虛線表示地域廣播路徑樹的樹 枝分界線。
圖2是基于網(wǎng)格分簇的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)XY單播單路由協(xié)議的偽代碼。其中xOffset和 yOffset是目的端在X軸和Y軸方向上的偏移量；X,Y為下一跳節(jié)點(diǎn)所處網(wǎng)格的坐標(biāo)，當(dāng)算法 執(zhí)行"OK"時(shí)，數(shù)據(jù)到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明是在GAF無線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇刂扑惴ǖ幕A(chǔ)上，加入XY地域廣播路由算法這一可靠 而又容易實(shí)現(xiàn)的地域廣播路由方法，并利用兩個(gè)算法的共同特點(diǎn)把它們有效結(jié)合起來，形成 了一個(gè)能量有效性和可靠性都很高的XY地域廣播路由協(xié)議。
本發(fā)明中提出的基于網(wǎng)格分簇的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)XY地域廣播路由協(xié)議首先要使用網(wǎng)格
分簇方法將網(wǎng)絡(luò)分簇，例如使用GAF算法將網(wǎng)絡(luò)分成以^為半徑的網(wǎng)格，并以坐標(biāo)原點(diǎn)為
基準(zhǔn)建立坐標(biāo)系，為每個(gè)網(wǎng)格標(biāo)識一個(gè)坐標(biāo)值。每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以根據(jù)自己的位置信息和坐標(biāo) 原點(diǎn)的位置信息獲知自己所處網(wǎng)格的坐標(biāo)值。
XY單播路由的網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)只要獲知目的節(jié)點(diǎn)的位置信息，源節(jié)點(diǎn)就可以根據(jù) 目的節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)得出目的節(jié)點(diǎn)所處的網(wǎng)格的坐標(biāo)。數(shù)據(jù)包先沿著X軸方向?qū)?shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到與 目的節(jié)點(diǎn)處于同一Y軸的網(wǎng)格中的簇頭節(jié)點(diǎn)，再沿著Y軸方向?qū)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到目的端?；蛳萗 軸傳輸再沿著X軸傳輸，同樣也可以到達(dá)目的端。對于我們將網(wǎng)絡(luò)中簇頭節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)用其所在的網(wǎng)格的坐標(biāo)來表示為Node(X,, Y,)，其中
i=l,2,3,...。另外定義Xmin， Ymin分別為地域廣播節(jié)點(diǎn)集中X軸和Y軸坐標(biāo)值中的最小值。 具體的路由過程如下
1. 源節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)包，在包頭中攜帶目的節(jié)點(diǎn)集的位置信息，使用單播XY路由方式傳
輸數(shù)據(jù)包到網(wǎng)格(X^,Ymin)。
2. 當(dāng)數(shù)據(jù)到達(dá)網(wǎng)格(Xmin，Y,)時(shí)，用一條以(Xn^，Y^)為頂點(diǎn)，與X軸和Y軸的夾角都是
45°的虛擬分界線將目的節(jié)點(diǎn)集分成兩個(gè)目的節(jié)點(diǎn)集。位于線上和線下分別的目的節(jié)
點(diǎn)被分成兩個(gè)節(jié)點(diǎn)集，我們可以將其定義為線上目的節(jié)點(diǎn)集和線下目的節(jié)點(diǎn)集。處于 分界線上的網(wǎng)格中的目的節(jié)點(diǎn)可以屬于目的節(jié)點(diǎn)較少的節(jié)點(diǎn)集，也可以隨機(jī)的分配給 任一節(jié)點(diǎn)集。具體的計(jì)算方法是-
A當(dāng)Yi《Xi + (Y^-Xmin)時(shí)，節(jié)點(diǎn)屬于線下目的節(jié)點(diǎn)集。 人當(dāng)Y,〉Xi + (Y隨-X曲)時(shí)，節(jié)點(diǎn)屬于線上目的節(jié)點(diǎn)集。
3. 網(wǎng)格(X^，Y^)中的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)包復(fù)制后，分別向X軸和Y軸方向發(fā)送，向Y軸
方向發(fā)送的數(shù)據(jù)包中攜帶線上目的節(jié)點(diǎn)集的位置信息，向x軸方向發(fā)送的數(shù)據(jù)包中攜
帶線下目的節(jié)點(diǎn)集的位置信息。
4. 分流后的兩個(gè)數(shù)據(jù)流分別使用上述方式將數(shù)據(jù)包按此XY廣播路由方法傳輸。 當(dāng)數(shù)據(jù)到達(dá)一個(gè)目的節(jié)點(diǎn)相鄰的網(wǎng)格后，再傳送到目的節(jié)點(diǎn)，并將此目的節(jié)點(diǎn)的信息從
包頭中刪除，如果包頭中還有目的節(jié)點(diǎn)，則繼續(xù)做廣播傳輸，直到數(shù)據(jù)包頭中沒有目標(biāo)節(jié)點(diǎn) 為止。圖1顯示了一個(gè)典型的基于網(wǎng)格分簇的XY地域廣播路由的例子，源節(jié)點(diǎn)位于網(wǎng)格(l，l) 中，目的區(qū)域?yàn)?4,4)到(6,6)的區(qū)域。
權(quán)利要求
1、一種基于網(wǎng)格分簇的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)XY地域廣播路由協(xié)議，其特征在于利用了網(wǎng)格分簇特有的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和XY路由方法的簡單可靠性，設(shè)計(jì)了一種在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于網(wǎng)格分簇的XY地域廣播路由方法。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于網(wǎng)格分簇的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)XY地域廣播路由協(xié)議，其 特征在于在網(wǎng)格分簇的基礎(chǔ)上，按網(wǎng)格坐標(biāo)做XY地域廣播路由，轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)為每個(gè)網(wǎng)格的 簇頭節(jié)點(diǎn)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于網(wǎng)格分簇的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)XY地域廣播路由協(xié)議，其 特征在于虛擬的45°斜線方式將目的節(jié)點(diǎn)分集的方法。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于網(wǎng)格分簇的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)XY地域廣播路由協(xié)議，其 特征在于源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)不把數(shù)據(jù)發(fā)送給其所在網(wǎng)格的簇頭節(jié)點(diǎn)，而是直接發(fā)送給下一 跳網(wǎng)格中的簇頭節(jié)點(diǎn)。
全文摘要
本發(fā)明屬于無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于網(wǎng)格分簇的XY地域廣播路由方法。本發(fā)明利用了網(wǎng)格分簇特有的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和XY路由方法的簡單可靠性，設(shè)計(jì)了一種在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于網(wǎng)格分簇的XY組播路由方法。并應(yīng)用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，可以在一定程度上保證了全網(wǎng)節(jié)點(diǎn)能量有效性的基礎(chǔ)上，用簡單有效的路由方法保證數(shù)據(jù)的可靠并且不重復(fù)的傳輸?shù)矫恳粋€(gè)目的節(jié)點(diǎn)。
文檔編號H04L12/56GK101577665SQ200810105860
公開日2009年11月11日 申請日期2008年5月6日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月6日
發(fā)明者鄭 姚, 鋒 張, 克 田, 壯 趙, 雪 高, 奎 黃 申請人:北京循天行信息技術(shù)有限公司