專利名稱：一種基于網(wǎng)格分簇的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)xy組播路由協(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 組播路由方法。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)位置建立組播樹，并沿著X軸和Y軸方向發(fā)送數(shù)據(jù)。
背景技術(shù)：
傳感器、嵌入式計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)和無線通信四大技術(shù)孕育了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。無線傳感器網(wǎng) 絡(luò)是一種全新的信息獲取和處理、傳輸技術(shù)，通常包含大量的自組織成多跳無線網(wǎng)絡(luò)的分布 式傳感節(jié)點(diǎn)。由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有組網(wǎng)快捷、靈活，且不受有線網(wǎng)絡(luò)約束的優(yōu)點(diǎn)，無線 傳感器網(wǎng)絡(luò)可以被廣泛的應(yīng)用于軍事，商業(yè)，醫(yī)療救護(hù)，環(huán)境監(jiān)測(cè)等多方面，具有廣泛的應(yīng) 用前景。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為現(xiàn)代通信技術(shù)中一個(gè)新的研究領(lǐng)域，引起了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的 高度重視。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(zhǎng)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(jiǎn)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(duì)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(dòng)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(zhǎng)r的方法，滿足r^ j，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。
3網(wǎng)絡(luò)中經(jīng)常需要把某些數(shù)據(jù)發(fā)送一個(gè)目的節(jié)點(diǎn)集，這個(gè)節(jié)點(diǎn)的集合是所有節(jié)點(diǎn)的子集， 這些節(jié)點(diǎn)是在源端事先給定的，這就是組播。找到一個(gè)從源到所有目的節(jié)點(diǎn)的路徑樹的方法 就是網(wǎng)絡(luò)的組播路由方法。本發(fā)明中提出的XY組播路由方法是可以通用于無線多跳網(wǎng)絡(luò)(包 括無線網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)、無線自組織網(wǎng)絡(luò)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò))的一種組播路由方法，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)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(jiǎn)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。
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(jiǎn)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)。


圖1是一個(gè)基于網(wǎng)格分簇的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)XY組播路由協(xié)議的數(shù)據(jù)包傳輸?shù)睦訄D。 其中黑色節(jié)點(diǎn)表示數(shù)據(jù)源節(jié)點(diǎn)和組播目的節(jié)點(diǎn)，深灰色節(jié)點(diǎn)表示組播分流節(jié)點(diǎn)，淺灰 色節(jié)點(diǎn) 表示其它處在網(wǎng)格中處于活動(dòng)狀態(tài)的簇頭節(jié)點(diǎn)，白色節(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí)處在休眠狀態(tài)中的節(jié)點(diǎn)。虛線 表示組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組播路由算法這一可靠而又 容易實(shí)現(xiàn)的組播路由方法，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組播路由協(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組播路由協(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(shí)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(duì)于XY組播路由協(xié)議，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 N0d《X,，Yi)，其中i=l,2,3,...。另外定義Xmin， Ymin分別為組播節(jié)點(diǎn)集中X軸和Y軸坐標(biāo)值
中的最小值。
具體路由過程如下
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(Xm,n，Y^)。
2. 當(dāng)數(shù)據(jù)到達(dá)網(wǎng)格(Xn^,Yn^)時(shí)，用一條以(Xmin,Ymm)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-
人當(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)Yi〉X, + (Y誠(chéng)-X加n)時(shí)，節(jié)點(diǎn)屬于線上目的節(jié)點(diǎn)集。
3. 網(wǎng)格(Xmin,Ymin)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XY組播路由方法傳輸。
5. 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)做組播傳輸。 以下舉例說明，如圖1所示，我們假設(shè)一個(gè)數(shù)據(jù)包要從處于網(wǎng)格(l, l)中的源節(jié)點(diǎn)發(fā)送到
一個(gè)目的節(jié)點(diǎn)集，集合中的節(jié)點(diǎn)分別位于網(wǎng)格(4,2)、 (6,3)、 (4,4)、 (5,5)、 (3,6)。數(shù)據(jù)從源
節(jié)點(diǎn)發(fā)出時(shí)，(Xmin,Ymin)為(3,2)，數(shù)據(jù)包先沿著X軸方向?qū)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到與(3, 2)處于同一 X軸
的網(wǎng)格(l, 2)中，再?gòu)木W(wǎng)格(l, 2)中的簇頭節(jié)點(diǎn)沿Y軸方向轉(zhuǎn)發(fā)到網(wǎng)格(3, 2)中的簇頭節(jié)點(diǎn)。在 此節(jié)點(diǎn)中將源數(shù)據(jù)包復(fù)制成兩個(gè)數(shù)據(jù)包，分別攜帶線上目的節(jié)點(diǎn)集和線下目的節(jié)點(diǎn)集的位置 信息，兩個(gè)目的節(jié)點(diǎn)集的位置信息分別是(4,2)、 (6,3)和(4,4)、 (5,5)、 (3,6)。攜帶線上目的
5節(jié)點(diǎn)集位置信息的數(shù)據(jù)包沿Y軸方向傳給位于網(wǎng)格(4, 2)的目的節(jié)點(diǎn)，并將這個(gè)目的節(jié)點(diǎn)的位 置信息從數(shù)據(jù)包中去除。數(shù)據(jù)包中還省下位于網(wǎng)格(6，3)中的目的節(jié)點(diǎn)，數(shù)據(jù)包則按照XY單 播路由的方式傳給位于網(wǎng)格(6, 3)中的目的節(jié)點(diǎn)。攜帶線上目的節(jié)點(diǎn)集位置信息的數(shù)據(jù)包沿X 軸方向做同樣的操作。最后將數(shù)據(jù)包傳給目的節(jié)點(diǎn)集中的所有節(jié)點(diǎn)。
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組播路由協(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(jiǎn)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。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于網(wǎng)格分簇的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)XY組播路由協(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組播路由，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組播路由協(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l所述的基于網(wǎng)格分簇的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)XY組播路由協(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組播路由方法。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(jiǎn)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(jiǎn)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。
文檔編號(hào)H04L12/56GK101577669SQ20081010586
公開日2009年11月11日 申請(qǐng)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(qǐng)人:北京循天行信息技術(shù)有限公司