專利名稱：一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，尤其涉及種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方 法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在許多無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，傳感器普通節(jié)點(diǎn)在向目的節(jié)點(diǎn)，例如基站 或簇頭，發(fā)送采集數(shù)據(jù)時(shí)需要同時(shí)匯報(bào)普通節(jié)點(diǎn)的位置。目的節(jié)點(diǎn)在接收到數(shù) 據(jù)后可以準(zhǔn)確判斷該事件發(fā)生的區(qū)域，并采取相應(yīng)的行動(dòng)。例如在森林防火 應(yīng)用中，當(dāng)傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測到火災(zāi)的發(fā)生時(shí)，消防人員需要準(zhǔn)確定位火災(zāi)發(fā)生 的具體位置。因此，如何在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)基于節(jié)點(diǎn)地理信息的數(shù)
據(jù)傳輸將非常有意義。節(jié)點(diǎn)可以利用GPS (Global Positioning System,全球 定位系統(tǒng))定位裝置或相關(guān)定位協(xié)議確定地理位置，并通過廣播數(shù)據(jù)包與鄰居 節(jié)點(diǎn)交換位置信息。數(shù)據(jù)傳輸路徑上的每個(gè)路由中繼節(jié)點(diǎn)可以利用鄰居節(jié)點(diǎn)和 目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的位置信息局部地選擇下一跳轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)。
在基于地理信息的路由協(xié)議中，節(jié)點(diǎn)在轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包時(shí)通常采用貪婪轉(zhuǎn)發(fā)策 略，在前趨鄰居節(jié)點(diǎn)中選擇距離目的節(jié)點(diǎn)最近的節(jié)點(diǎn)作為下一跳轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)。但 是，由于基于理想模型的地理信息路由協(xié)議，不考慮鏈路狀況使用距離貪婪策 略轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，所選擇的下一跳節(jié)點(diǎn)處于非連通區(qū)域的概率較高，造成數(shù)據(jù)傳輸 成功率較低。如圖1所示，無線鏈路傳遞范圍可分為三個(gè)區(qū)域連通區(qū)域、過 渡區(qū)域和非連通區(qū)域。盡管非連通區(qū)域中仍然在節(jié)點(diǎn)的通信范圍之內(nèi)，但處于 這個(gè)區(qū)域的節(jié)點(diǎn)間數(shù)據(jù)傳輸成功率非常低，接近于零。節(jié)點(diǎn)采用貪婪策略選擇 的下一跳節(jié)點(diǎn)處于非連通區(qū)域的概率很高，這將導(dǎo)致較高的數(shù)據(jù)包丟失率，增 加數(shù)據(jù)重傳的概率，造成網(wǎng)絡(luò)能量的浪費(fèi)。
一種現(xiàn)有技術(shù)是針對事件驅(qū)動(dòng)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)提出了基于地理信息的 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方法。在該方法中，節(jié)點(diǎn)將地理位置信息與節(jié)點(diǎn)緩沖區(qū)隊(duì)列長度和節(jié) 點(diǎn)剩余能量等綜合因素作為選擇下一跳節(jié)點(diǎn)的路由選擇標(biāo)準(zhǔn)。顯然，緩沖區(qū)隊(duì)列長度并不能作為當(dāng)前鏈路狀況的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。該方法在實(shí)際鏈路中數(shù)據(jù)丟失率 仍然較高。
還有一種現(xiàn)有技術(shù)是一個(gè)基于地理信息的能量高效轉(zhuǎn)發(fā)方法，采用鏈路包 接收率與節(jié)點(diǎn)間距離的乘積作為路由選擇標(biāo)準(zhǔn)。理論分析和仿真實(shí)驗(yàn)表明，采 用該路由選擇標(biāo)準(zhǔn)可以在有損長鏈路與信道質(zhì)量好的短鏈路之間做出平衡，并 取得最優(yōu)值。但是該方法主要是關(guān)注如何提高數(shù)據(jù)包在有損鏈路傳輸時(shí)的能量 效率，沒有提出如何實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)可靠傳輸?shù)姆椒?。另外，該工作也沒有考慮到不 對稱鏈路及負(fù)載不均衡對節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)挠绊憽?br> 負(fù)載均衡是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議性能的一個(gè)重要指標(biāo)，網(wǎng)絡(luò)中不均衡 負(fù)載將導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)中負(fù)載較重的節(jié)點(diǎn)能量迅速消耗，使得網(wǎng)絡(luò)壽命減短。
研究表明在轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)時(shí)始終采用鏈路質(zhì)量最好的節(jié)點(diǎn)作為F —跳選擇，將 導(dǎo)致路徑上的節(jié)點(diǎn)能量消耗非?？欤踔量赡軐?dǎo)致節(jié)點(diǎn)緩沖區(qū)溢出，引發(fā)網(wǎng)絡(luò)
擁塞。在GPSR (Greedy Perimeter Stateless Routing,貪婪周長無狀態(tài)路由) 協(xié)議中，當(dāng)數(shù)據(jù)傳送到路由空洞區(qū)域時(shí)，將采用右手準(zhǔn)則沿空洞邊界節(jié)點(diǎn)繞過 空洞區(qū)域繼續(xù)向基站前進(jìn)。路由空洞邊界節(jié)點(diǎn)的能量將迅速消耗，使得空洞逐 漸增大，并有可能導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的不連通。如圖2所示，空心圓點(diǎn)代表活動(dòng)節(jié) 點(diǎn)，實(shí)心圓點(diǎn)表示失效節(jié)點(diǎn)，最小的圓表示空洞初始大小。隨著數(shù)據(jù)包的不斷 傳遞，空洞將逐漸變大，最終有可能導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)的不連通。
一種針對負(fù)載均衡問題的現(xiàn)有技術(shù)是使用流延長和流重定向算法平衡網(wǎng) 絡(luò)節(jié)點(diǎn)能量消耗，該技術(shù)需要獲取全局流量信息，無法及時(shí)處理網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)性。 因此，上述的負(fù)載均衡協(xié)議并不適用于地理信息路由。
GEAR (Geographicaland Energy Aware Routing, 土也J里能量考一量足各由)協(xié) 議在數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)考慮了前驅(qū)鄰居節(jié)點(diǎn)能量因素。當(dāng)節(jié)點(diǎn)接收到數(shù)據(jù)包后，在 所有前驅(qū)鄰居節(jié)點(diǎn)中將平衡能量消耗，最大化的延長網(wǎng)絡(luò)壽命。但是GEAR協(xié) 議也是建立在理想信道模型上的，并不適用于實(shí)際鏈路。另外，GEAR僅采用 廣播數(shù)據(jù)包的方式獲得鄰居節(jié)點(diǎn)能量信息，導(dǎo)致能量浪費(fèi)嚴(yán)重。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述問題，本發(fā)明提出了一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方法及系 統(tǒng)，從而能夠在保證數(shù)據(jù)可靠傳輸?shù)耐瑫r(shí)，進(jìn)行負(fù)載均衡，提高能量使用效率，
9延長整個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)壽命。
本發(fā)明公開了一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方法，包括
步驟l，目的節(jié)點(diǎn)發(fā)送自身地理位置信息，普通節(jié)點(diǎn)發(fā)送自身地理位置信 息和剩余能量信息；
步驟2，所述普通節(jié)點(diǎn)接收所述目的節(jié)點(diǎn)的地理位置信息和鄰居節(jié)點(diǎn)的地 理位置信息和剩余能量信息 ，
步驟3，所述普通節(jié)點(diǎn)依據(jù)所述目的節(jié)點(diǎn)和鄰居節(jié)點(diǎn)的地理位置信息，選
擇距離所述目的節(jié)點(diǎn)比自身近的鄰居節(jié)點(diǎn)作為前趨鄰居節(jié)點(diǎn)；
歩驟4，所述普通節(jié)點(diǎn)為所述普通節(jié)點(diǎn)的每個(gè)前趨鄰居節(jié)點(diǎn)估算以所述前 趨鄰居節(jié)點(diǎn)為路由的下 一跳到達(dá)所述目的節(jié)點(diǎn)時(shí)，所述前趨鄰居節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的總 傳輸次數(shù)；
歩驟5，所述普通節(jié)點(diǎn)比較各個(gè)所述前趨鄰居節(jié)點(diǎn)的總傳輸次數(shù)和剩余能 量，從中選擇出到達(dá)所述目的節(jié)點(diǎn)的路由的下一跳普通節(jié)點(diǎn)。
所述步驟3還包括將所述前趨鄰居節(jié)點(diǎn)記錄到前趨鄰居表； 所述步驟3和歩驟4之間包括
歩驟21，估算所述普通節(jié)點(diǎn)同每個(gè)所述前趨鄰居節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)傳輸次數(shù)；
步驟22，判斷所述數(shù)據(jù)傳輸次數(shù)是否大于設(shè)置的門限值，如果是，執(zhí)行
歩驟23;
步驟23，將所述數(shù)據(jù)傳輸次數(shù)對應(yīng)的前趨鄰居節(jié)點(diǎn)從所述前趨鄰居表中
屏蔽掉。
所述門限值為確認(rèn)幀重傳次數(shù)上限值的平方。
所述歩驟3和所述歩驟4之間還包括
歩驟41，所述普通節(jié)點(diǎn)偵聽所述鄰居節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包，判斷所述數(shù)據(jù)包的
發(fā)送者是否為所述前趨鄰居節(jié)點(diǎn)，如果是，執(zhí)行步驟42;
步驟42，所述普通節(jié)點(diǎn)估算發(fā)送所述數(shù)據(jù)包的前趨鄰居節(jié)點(diǎn)的消耗能量；
步驟43，所述普通節(jié)點(diǎn)將所述前趨鄰居節(jié)點(diǎn)的剩余能量減去所述消耗能
量，以更新所述前趨鄰居節(jié)點(diǎn)的剩余能量。
所述步驟21進(jìn)一步包括
步驟51，接收并獲得每個(gè)所述前趨鄰居節(jié)點(diǎn)發(fā)送的所述普通節(jié)點(diǎn)到所述
前趨鄰居節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)包接收率，估算每個(gè)所述前趨鄰居節(jié)點(diǎn)到所述普通節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)包接收率；
步驟52，按公式五漢(/，力-DD。"、1。。。 u、計(jì)算所述普通節(jié)點(diǎn)同每個(gè)
所述前趨鄰居節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)傳輸次數(shù)，
其中，^^(u')為所述數(shù)據(jù)傳輸次數(shù)，「為所述普通節(jié)點(diǎn)，y為一個(gè)所述前 趨鄰居節(jié)點(diǎn)，Pi^,^(力為所述普通節(jié)點(diǎn)到所述前趨鄰居節(jié)點(diǎn)"司的數(shù)據(jù)包接收 率，(力為所述前趨鄰居節(jié)點(diǎn)y到所述普通節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)包接收率。
所述步驟4進(jìn)一步包括
步驟61，接收并獲得每個(gè)所述前趨鄰居節(jié)點(diǎn)發(fā)送的所述普通節(jié)點(diǎn)到所述 前趨鄰居節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)包接收率，估算每個(gè)所述前趨鄰居節(jié)點(diǎn)到所述普通節(jié)點(diǎn) 間的數(shù)據(jù)包接收率；
頻62，臓,，力:《"》)腦述普通節(jié)點(diǎn)斷
所述前趨鄰居節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)包傳輸次數(shù)，
其中，E^^，乃為所述數(shù)據(jù)包傳輸次數(shù)，''為所述普通節(jié)點(diǎn)，J為一個(gè)所述
前趨鄰居節(jié)點(diǎn)，Pi^(^w)為所述普通節(jié)點(diǎn)到所述前趨鄰居節(jié)點(diǎn)7'間的數(shù)據(jù)包接
收率，/^~，,)(力為所述前趨鄰居節(jié)點(diǎn)7'到所述普通節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)包接收率；
步驟63，按公式i 7X = ^~.￡7X(/，/)計(jì)算所述總傳輸次數(shù)，
《rf -
其中，i rZ為所述總傳輸次數(shù)，E7X(")為所述數(shù)據(jù)傳輸次數(shù)，z為所述普
通節(jié)點(diǎn)，y為一個(gè)所述前趨鄰居節(jié)點(diǎn)，d為所述目的節(jié)點(diǎn)，《d為所述普通節(jié)點(diǎn) 到所述目的節(jié)點(diǎn)的距離，"^為所述前趨鄰居節(jié)點(diǎn)7到所述目的節(jié)點(diǎn)的距離。
所述方法還包括
歩驟71，所述普通節(jié)點(diǎn)發(fā)送自身的平均包接收率信息；
步驟72，所述普通節(jié)點(diǎn)接收所述鄰居節(jié)點(diǎn)的平均包接收率信息；
所述步驟42進(jìn)一步包括
步驟73，判斷發(fā)送所述數(shù)據(jù)包的前趨鄰居節(jié)點(diǎn)是否為所述數(shù)據(jù)包的源節(jié)
點(diǎn)，如果是，執(zhí)行歩驟74，否則，執(zhí)行步驟75;
歩驟74，所述消耗能量為普通節(jié)點(diǎn)發(fā)送單位數(shù)據(jù)包所消耗的能量除以發(fā)送所述數(shù)據(jù)包的前趨鄰居節(jié)點(diǎn)到所述普通節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)包接收率的值；
步驟75，所述消耗能量為普通節(jié)點(diǎn)發(fā)送單位數(shù)據(jù)包所消耗的能量除以發(fā) 送所述數(shù)據(jù)包的前趨鄰居節(jié)點(diǎn)到所述普通節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)包接收率的值，同普通 節(jié)點(diǎn)接收單位數(shù)據(jù)包所消耗的能量除以發(fā)送所述數(shù)據(jù)包的前趨鄰居節(jié)點(diǎn)平均 包接收率的值的加和。
所述步驟5進(jìn)一歩包括
步驟81，按公式^ m—(巧)+ (1-a)e(^)計(jì)算所述前趨鄰居節(jié)點(diǎn)的路由選 擇權(quán)值，
其中，《為設(shè)置參數(shù)，^為一個(gè)所述前趨鄰居節(jié)點(diǎn)，K,為前趨鄰居節(jié)點(diǎn)^ 的路由選擇權(quán)值，^/(氣)為前趨鄰居節(jié)點(diǎn)氣相對于所有所述前趨鄰居節(jié)點(diǎn)的 總傳輸次數(shù)倒數(shù)歸一化值，<乂)為前趨鄰居節(jié)點(diǎn)W7相對于所有所述前趨鄰居 節(jié)點(diǎn)的剩余能量歸一化值；
歩驟82，比較所述前趨鄰居節(jié)點(diǎn)的路由選擇權(quán)值，選擇所述路由選擇權(quán) 值最大的前趨鄰居節(jié)點(diǎn)為所述路由的下 一跳普通節(jié)點(diǎn)。
本發(fā)明還公開了一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)，包括普通節(jié)點(diǎn)和發(fā)送 自身地理位置信總的H的節(jié)點(diǎn)，所述普通節(jié)點(diǎn)包括
信息發(fā)送模塊，用于發(fā)送所述普通節(jié)點(diǎn)的地理位置和剩余能量信息；
信息接收模塊，用于接收目的節(jié)點(diǎn)的地理位置信息和鄰居節(jié)點(diǎn)的地理位置 和剩余能量信息；
節(jié)點(diǎn)選擇模塊，用于依據(jù)所述接收的地理位置信息，選擇距離所述目的節(jié) 點(diǎn)比自身近的鄰居節(jié)點(diǎn)作為前趨鄰居節(jié)點(diǎn)；
次數(shù)計(jì)算模塊，用于為所述普通節(jié)點(diǎn)的每個(gè)前趨鄰居節(jié)點(diǎn)估算以所述前趨 鄰居節(jié)點(diǎn)為路由的下一跳到達(dá)所述目的節(jié)點(diǎn)時(shí)，所述前趨鄰居節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的總傳 輸次數(shù)；
路由選擇模塊，用于比較各個(gè)所述前趨鄰居節(jié)點(diǎn)的總傳輸次數(shù)和剩余能 量，從所述前趨鄰居節(jié)點(diǎn)中選擇出到達(dá)所述目的節(jié)點(diǎn)的路由的下一跳普通節(jié) 點(diǎn)。
所述普通節(jié)點(diǎn)還包括用于記錄前趨鄰居節(jié)點(diǎn)的前趨鄰居表； 所述節(jié)點(diǎn)選擇模塊，還用于在選擇出前趨鄰居節(jié)點(diǎn)后，將所述前趨鄰居節(jié) 點(diǎn)記錄到所述前趨鄰居表中；
12所述普通節(jié)點(diǎn)還包括前趨鄰居選擇模塊，所述前趨鄰居選擇模塊包括 估算模塊，用于估算所述普通節(jié)點(diǎn)同每個(gè)所述前趨鄰居節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)傳輸 次數(shù)；
判斷模塊，用于判斷所述數(shù)據(jù)傳輸次數(shù)是否大于設(shè)置的門限值，如果大于， 則將所述數(shù)據(jù)傳輸次數(shù)對應(yīng)的前趨鄰居節(jié)點(diǎn)從所述前趨鄰居表中屏蔽掉。 所述門限值為確認(rèn)幀重傳次數(shù)上限值的平方。
所述普通節(jié)點(diǎn)還包括剩余能量更新模塊，所述剩余能量更新模塊包括
偵聽模塊，用于偵聽所述鄰居節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包，判斷所述數(shù)據(jù)包的發(fā)送者是 否為所述前趨鄰居節(jié)點(diǎn)；
消耗能量估算模塊，用于在所述偵聽模塊偵聽到前趨鄰居節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù) 包時(shí)，估算發(fā)送所述數(shù)據(jù)包的前趨鄰居節(jié)點(diǎn)的消耗能量；
更新模塊，用于在所述消耗能量估算模塊估算完消耗能量后，將所述前趨 鄰居節(jié)點(diǎn)的剩余能量減去所述消耗能量，以更新所述前趨鄰居節(jié)點(diǎn)的剩余能
所述估算模塊進(jìn)一步用于接收并獲得每個(gè)所述前趨鄰居節(jié)點(diǎn)發(fā)送的所述 普通節(jié)點(diǎn)到所述前趨鄰居節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)包接收率，估算每個(gè)所述前趨鄰居節(jié)點(diǎn) 到所述普通節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)包接收率；按公式
￡7X(/,y) =--計(jì)算所述普通節(jié)點(diǎn)同每個(gè)所述前趨鄰居節(jié)
點(diǎn)間的數(shù)據(jù)包傳輸次數(shù)，其中，￡°^，力為所述數(shù)據(jù)包傳輸次數(shù)，/為所述普通 節(jié)點(diǎn)，J為一個(gè)所述前趨鄰居節(jié)點(diǎn)，/^^(,,)(力為所述普通節(jié)點(diǎn)到所述前趨鄰居 節(jié)點(diǎn)"司的數(shù)據(jù)包接收率，/^&,,)(力為所述前趨鄰居節(jié)點(diǎn)7'到所述普通節(jié)點(diǎn)間 的數(shù)據(jù)包接收率。
所述次數(shù)計(jì)算模塊進(jìn)一步用于接收并獲得每個(gè)所述前趨鄰居節(jié)點(diǎn)發(fā)送的 所述普通節(jié)點(diǎn)到所述前趨鄰居節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)包接收率，估算每個(gè)所述前趨鄰居 節(jié)點(diǎn)到所述普通節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)包接收率；
按公式￡7X(/,;) = ，， 兩m、計(jì)算所述普通節(jié)點(diǎn)同每個(gè)所述前趨
鄰居節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)傳輸次數(shù)，其中，WX(/J)為所述數(shù)據(jù)傳輸次數(shù)，z為所述普
通節(jié)點(diǎn)，y為一個(gè)所述前趨鄰居節(jié)點(diǎn)，i^i^)w)為所述普通節(jié)點(diǎn)到所述前趨鄰居節(jié)點(diǎn))間的數(shù)據(jù)包接收率，^~,,)^)為所述前趨鄰居節(jié)點(diǎn)/到所述普通節(jié)點(diǎn)
間的數(shù)據(jù)包接收率；
按公式￡漢=~^~.E7X(/,力計(jì)算所述總傳輸次數(shù)，其中，E7X為所述 《^ -《</
總傳輸次數(shù)，EIX(/，力為所述數(shù)據(jù)傳輸次數(shù)，z為所述普通節(jié)點(diǎn)，/為一個(gè)所述 前趨鄰居節(jié)點(diǎn)，^為所述目的節(jié)點(diǎn)，《d為所述普通節(jié)點(diǎn)到所述目的節(jié)點(diǎn)的距 離，《rf為所述前趨鄰居節(jié)點(diǎn)7'到所述目的節(jié)點(diǎn)的距離。
所述信息發(fā)送模塊，還用于發(fā)送所述普通節(jié)點(diǎn)的平均包接收率信息； 所述信息接收模塊，還用于接收所述鄰居節(jié)點(diǎn)的平均包接收率信息； 所述消耗能量估算模塊進(jìn)一步用于判斷發(fā)送所述數(shù)據(jù)包的前趨鄰居節(jié)點(diǎn) 是否為所述數(shù)據(jù)包的源節(jié)點(diǎn)，如果是，所述消耗能量為普通節(jié)點(diǎn)發(fā)送單位數(shù)據(jù) 包所消耗的能量除以發(fā)送所述數(shù)據(jù)包的前趨鄰居節(jié)點(diǎn)到所述普通節(jié)點(diǎn)間的數(shù) 據(jù)包接收率的值；否則，所述消耗能量為普通節(jié)點(diǎn)發(fā)送單位數(shù)據(jù)包所消耗的能 量除以發(fā)送所述數(shù)據(jù)包的前趨鄰居節(jié)點(diǎn)到所述普通節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)包接收率的 值，同普通節(jié)點(diǎn)接收單位數(shù)據(jù)包所消耗的能量除以發(fā)送所述數(shù)據(jù)包的前趨鄰居 節(jié)點(diǎn)平均包接收率的值的加和。
所述路由選擇模塊進(jìn)一步用于按公式^ =aW(W,) + (l-a)e(W》計(jì)算所述前 趨鄰居節(jié)點(diǎn)的路由選擇權(quán)值，其中，a為設(shè)置參數(shù)，A^為一個(gè)所述前趨鄰居節(jié) 點(diǎn)，^.為前趨鄰居節(jié)點(diǎn)乂的路由選擇權(quán)值，W(AO)為前趨鄰居節(jié)點(diǎn)乂相對于 所有所述前趨鄰居節(jié)點(diǎn)的總傳輸次數(shù)倒數(shù)歸一化值，<乂.)為前趨鄰居節(jié)點(diǎn)W7 相對于所有所述前趨鄰居節(jié)點(diǎn)的剩余能量歸--化值；比較所述前趨鄰居節(jié)點(diǎn)的 路由選擇權(quán)值，選擇所述路由選擇權(quán)值最大的前趨鄰居節(jié)點(diǎn)為所述路由的下一 跳普通節(jié)點(diǎn)。
本發(fā)明的有益效果在于，考慮數(shù)據(jù)鏈路的非對稱性，在保證數(shù)據(jù)可靠傳輸 的同時(shí)，進(jìn)行負(fù)載均衡，提高能量使用效率，延長整個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)壽命。 通過仿真發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明相比GEAR和GPSR地理信息路由協(xié)議在數(shù)據(jù)傳輸成功率、
能量效率以及網(wǎng)絡(luò)壽命方面均有所提高。


圖1是現(xiàn)有的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)有損鏈路采樣分析結(jié)果示意14圖2是現(xiàn)有的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)負(fù)載不均衡導(dǎo)致的路由空洞擴(kuò)大示意圖； 圖3是本發(fā)明無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方法實(shí)施例的流程圖； 圖4是本發(fā)明無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方法中對前趨鄰居節(jié)點(diǎn)進(jìn)行屏蔽 的方法實(shí)施例的流程圖5是本發(fā)明無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方法中進(jìn)行剩余能量更新的方法 實(shí)施例的流程圖6是本發(fā)明無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)中普通節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)圖7是本發(fā)明同GEAR以及GPSR的數(shù)據(jù)傳輸成功率對比效果圖8是本發(fā)明同GEAR以及GPSR在不同節(jié)點(diǎn)密度下的能量效率對比效果
圖9是本發(fā)明同GEAR以及GPSR在不同節(jié)點(diǎn)密度下的網(wǎng)絡(luò)壽命對比效果圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明做進(jìn)一歩的詳細(xì)描述。
如圖3所不，本發(fā)明方法的一個(gè)具體實(shí)施例包括如下歩驟。
歩驟S301， y的節(jié)點(diǎn)發(fā)送自身地理位置信息，普通節(jié)點(diǎn)發(fā)送自身地理位 置和剩余能量信息。
在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)普通節(jié)點(diǎn)為普通傳感器，普通節(jié)點(diǎn)通過定位裝 置，如GPS，或通過相關(guān)定位算法，如通過測距進(jìn)行定位的算法，獲得自己的 地理位置，同時(shí)普通節(jié)點(diǎn)檢査獲得自身剩余能量。
普通節(jié)點(diǎn)在獲取到自身地理位置和剩余能量信息后，廣播一個(gè)信標(biāo)幀，該 信標(biāo)幀中包含普通節(jié)點(diǎn)的地理位置和剩余能量信息。普通節(jié)點(diǎn)的信標(biāo)幀按周期 廣播，當(dāng)普通節(jié)點(diǎn)位置發(fā)生變化時(shí)，普通節(jié)點(diǎn)通過廣播信標(biāo)幀，以向其他普通 節(jié)點(diǎn)通告該普通節(jié)點(diǎn)的新的地理位置。
目的節(jié)點(diǎn)可以為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的基站或分簇?zé)o線傳感器網(wǎng)絡(luò)中每個(gè) 簇的簇頭。本實(shí)施例中目的節(jié)點(diǎn)為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的基站?；镜耐ㄐ欧秶?能夠覆蓋整個(gè)無線傳感器網(wǎng)，因而，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中所有普通節(jié)點(diǎn)都可以獲 取基站的地理位置。
歩驟S302,普通節(jié)點(diǎn)接收并獲得目的節(jié)點(diǎn)的地理位置信息和鄰居節(jié)點(diǎn)的地理位置和剩余能量信息，并建立鄰居表。
在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，位于某普通節(jié)點(diǎn)通信范圍內(nèi)，能夠同該普通節(jié)點(diǎn)間 通過發(fā)送接收直接通信的普通節(jié)點(diǎn)為該普通節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)。
每一普通節(jié)點(diǎn)維持一個(gè)鄰居表，當(dāng)接收到鄰居節(jié)點(diǎn)的信標(biāo)幀后，將該鄰居 節(jié)點(diǎn)添加到鄰居表中，并在鄰居表中記錄該鄰居節(jié)點(diǎn)的地理位置和剩余能量。
步驟S303，普通節(jié)點(diǎn)運(yùn)用獲得的目的節(jié)點(diǎn)和鄰居節(jié)點(diǎn)的地理位置信息， 選擇距離目的節(jié)點(diǎn)比自身近的鄰居節(jié)點(diǎn)作為前趨鄰居節(jié)點(diǎn)，建立前趨鄰居表。
普通節(jié)點(diǎn)根據(jù)目的節(jié)點(diǎn)和鄰居表中鄰居節(jié)點(diǎn)的地理位置信息，選擇距離目 的節(jié)點(diǎn)比自身近的節(jié)點(diǎn)添加到前趨鄰居表中。前趨鄰居表記錄的每個(gè)前趨鄰居 節(jié)點(diǎn)的信息包括該前趨鄰居節(jié)點(diǎn)的位置信息、剩余能量、以及普通節(jié)點(diǎn)到該前 趨鄰居節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包接收率和該前趨鄰居節(jié)點(diǎn)到普通節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包接收率。
普通節(jié)點(diǎn)在MAC (Medium Access Control,媒體接入控制)層設(shè)計(jì)基于 WMEWMA (Window Mean Exponentially Weighted Moving Average Estimator, 指數(shù)加權(quán)滑動(dòng)平均窗Li)的鏈路估計(jì)器通過給每個(gè)數(shù)據(jù)包編號(hào)，根據(jù)編號(hào)計(jì)算 累計(jì)發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)包比值，通過加權(quán)滑動(dòng)平均窗口計(jì)算數(shù)據(jù)包接收率。其 中，普通節(jié)點(diǎn)到前趨鄰居節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包接收率由前趨鄰居節(jié)點(diǎn)測得后，通過廣 播數(shù)據(jù)包通告給當(dāng)前普通節(jié)點(diǎn)。
步驟S304，普通節(jié)點(diǎn)將前趨鄰居表中傳輸次數(shù)大于門限值的前趨鄰居節(jié) 點(diǎn)屏蔽掉。
前趨鄰居節(jié)點(diǎn)被屏蔽掉表示該前趨鄰居節(jié)點(diǎn)為無效前趨鄰居節(jié)點(diǎn)，在進(jìn)行 下---跳選擇時(shí)不被考慮。
對于每個(gè)前趨鄰居節(jié)點(diǎn)的實(shí)施方法如圖4所示。 步驟S401，計(jì)算前趨鄰居節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)報(bào)傳輸次數(shù)。
根據(jù)鏈路穩(wěn)定模型，考慮到鏈路的非對稱性，并且由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中 采用ARQ (Automatic Request for R印etition，自動(dòng)請求重發(fā))機(jī)制，因此 按如下公式計(jì)算普通節(jié)點(diǎn)同每個(gè)前趨鄰居節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)包傳輸次數(shù)，
<formula>formula see original document page 16</formula>
其中，E7X(,W)為普通節(jié)點(diǎn)和前趨鄰居節(jié)點(diǎn)J間數(shù)據(jù)包傳輸次數(shù)，f為普通 節(jié)點(diǎn)，y為一個(gè)前趨鄰居節(jié)點(diǎn)，？/^(,,)(力為普通節(jié)點(diǎn)/到前趨鄰居節(jié)點(diǎn)"司的數(shù)據(jù)包接收率，Pi U力為前趨鄰居節(jié)點(diǎn)y'到普通節(jié)點(diǎn)/間的數(shù)據(jù)包接收率。
步驟S402比較前趨鄰居節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的數(shù)據(jù)包傳輸次數(shù)是否大于設(shè)置的門限 值，如果大于，執(zhí)行步驟S403，否則，執(zhí)行步驟S404。
本實(shí)施例中，MAC層采用IEEE802.il協(xié)議中DCF (Distributed Coordination Function,分布協(xié)調(diào)功能)應(yīng)用ACK (確認(rèn)幀)確認(rèn)重傳保證 傳輸可靠性，考慮到鏈路非對稱性，當(dāng)前向鏈路或后向鏈路的傳輸數(shù)據(jù)包次數(shù) 超過確認(rèn)幀重傳次數(shù)上限值時(shí)，普通節(jié)點(diǎn)將直接丟棄該數(shù)據(jù)包，因此將門限值 設(shè)置為確認(rèn)幀重傳次數(shù)上限值的平方。
步驟S403，將數(shù)據(jù)傳輸次數(shù)對應(yīng)的前趨鄰居節(jié)點(diǎn)從前趨鄰居表屏蔽掉。
步驟S404，結(jié)束。
進(jìn)行上述屏蔽是因?yàn)樵跓o線網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行路由選擇時(shí)，通過屏蔽掉鏈路質(zhì)量 差的前趨鄰居節(jié)點(diǎn)，有助于提高數(shù)據(jù)傳輸可靠性。
此外，在門限值設(shè)置時(shí)，門限值被設(shè)置的越高，網(wǎng)絡(luò)端到端的數(shù)據(jù)傳輸可 靠性越高，但是可能導(dǎo)致局部網(wǎng)絡(luò)的不連通，并可能加劇網(wǎng)絡(luò)負(fù)載不均衡；門 限值被設(shè)置的越低，前趨鄰居列表中鏈路質(zhì)量差的前趨鄰居節(jié)點(diǎn)越多，可能導(dǎo) 致在進(jìn)行負(fù)載均衡時(shí)數(shù)據(jù)傳輸成功率顯著下降。
歩驟S305，普通節(jié)點(diǎn)估算通過每個(gè)前趨鄰居表中的前趨鄰居節(jié)點(diǎn)到達(dá)H 的節(jié)點(diǎn)的總傳輸次數(shù)，記錄到前趨鄰居表中。
假設(shè)到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)路由的每一跳普通節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)包接收率相同，相鄰路 由節(jié)點(diǎn)到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的距離差與普通節(jié)點(diǎn)和被估算的前趨鄰居節(jié)點(diǎn)間的距離 差相同。
按公式
￡7X =——^—— 6 -《d
計(jì)算總傳輸次數(shù)，其中，^^為總傳輸次數(shù)，￡7^("力為普通節(jié)點(diǎn)和前趨 鄰居節(jié)點(diǎn)"司數(shù)據(jù)傳輸次數(shù)，、為普通節(jié)點(diǎn)，y為一個(gè)前趨鄰居節(jié)點(diǎn)，"為目的 節(jié)點(diǎn)，《^為普通節(jié)點(diǎn)z'到目的節(jié)點(diǎn)的距離，《"為前趨鄰居節(jié)點(diǎn)y到目的節(jié)點(diǎn) 的距離。
每個(gè)前趨鄰居節(jié)點(diǎn)的總傳輸次數(shù)為進(jìn)行路由下一跳普通節(jié)點(diǎn)選擇時(shí)的一 個(gè)考量參數(shù)。顯然對于無線多跳路由來說，選擇總傳輸次數(shù)最小的路徑將保證
17端到端傳輸?shù)目煽啃宰罡?。舉例來說，如果普通節(jié)點(diǎn)有兩個(gè)普通節(jié)點(diǎn)A和B
分別可以作為下一跳的路由選擇。如果普通節(jié)點(diǎn)到普通節(jié)點(diǎn)A的數(shù)據(jù)包傳輸次 數(shù)估計(jì)為5次，通過普通節(jié)點(diǎn)A到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的路由跳數(shù)估計(jì)為2跳，總傳輸 次數(shù)估算為10次。普通節(jié)點(diǎn)到另一個(gè)普通節(jié)點(diǎn)B的數(shù)據(jù)包傳輸次數(shù)估計(jì)為4 次，路由跳數(shù)估計(jì)為3跳，總傳輸次數(shù)估計(jì)為12次。通過普通節(jié)點(diǎn)A的總傳 輸次數(shù)將少于通過普通節(jié)點(diǎn)B的總傳輸次數(shù)，能夠更好地保證數(shù)據(jù)的傳輸成功 率。因此將總傳輸次數(shù)作為進(jìn)行路由下一跳普通節(jié)點(diǎn)選擇時(shí)的一個(gè)考量參數(shù)， 能夠更好地滿足數(shù)據(jù)可靠傳輸?shù)男枰?br> 歩驟S306，普通節(jié)點(diǎn)更新前趨鄰居表中前趨鄰居節(jié)點(diǎn)的剩余能量。 歩驟S501，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的普通節(jié)點(diǎn)在廣播的信標(biāo)幀中包含自身的 平均包接收率信息，
平均包接收率按如下公式估算。
尸朋'=^-
其中，P^為普通節(jié)點(diǎn)/的平均包接收率，/為普通節(jié)點(diǎn)7'的一個(gè)前趨鄰居 節(jié)點(diǎn)，"為普通節(jié)點(diǎn)/的前趨鄰居節(jié)點(diǎn)總數(shù)，i^iV。W)為普通節(jié)點(diǎn)y到前趨鄰 居節(jié)點(diǎn)"司的數(shù)據(jù)包接收率。
歩驟S502，普通節(jié)點(diǎn)接收到信標(biāo)幀，獲得前趨鄰居節(jié)點(diǎn)的平均包接收率。
歩驟S503，普通節(jié)點(diǎn)進(jìn)行偵聽。
歩驟S504，偵聽到數(shù)據(jù)包后，判斷數(shù)據(jù)包的發(fā)送者是否為前趨鄰居節(jié)點(diǎn)， 如果是，執(zhí)行歩驟S505，否則，結(jié)束。
歩驟S505，判斷發(fā)送數(shù)據(jù)包的前趨鄰居節(jié)點(diǎn)是否為數(shù)據(jù)包的源節(jié)點(diǎn)，如 果是，執(zhí)行步驟S506，否則，執(zhí)行步驟S507;
步驟S506，按如下公式更新剩余能量，
其中，P^為前趨鄰居節(jié)點(diǎn)y的剩余能量，y表示接收的數(shù)據(jù)包對應(yīng)的前
趨鄰居節(jié)點(diǎn)，^為無線傳感器網(wǎng)路中普通節(jié)點(diǎn)發(fā)送單位數(shù)據(jù)包所消耗的能量， i^i ^(J)為前趨鄰居節(jié)點(diǎn)7'到該普通節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)包接收率。 歩驟S507，按如下公式更新剩余能量，其中，仏，為前趨鄰居節(jié)點(diǎn))的剩余能量，y表示接收的數(shù)據(jù)包對應(yīng)的前
趨鄰居節(jié)點(diǎn)，e(,為無線傳感器網(wǎng)路中普通節(jié)點(diǎn)發(fā)送單位數(shù)據(jù)包所消耗的能量，
^為無線傳感器網(wǎng)路中普通節(jié)點(diǎn)接收單位數(shù)據(jù)包所消耗的能量，i^i^,w為
前趨鄰居節(jié)點(diǎn)/到該普通節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)包接收率，^為前趨鄰居節(jié)點(diǎn)7的平 均包接收率。
進(jìn)行剩余能量更新是因?yàn)?，雖然普通節(jié)點(diǎn)可以通過廣播信標(biāo)幀中的剩余能 量信息獲得鄰居節(jié)點(diǎn)剩余能量，但是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中普通節(jié)點(diǎn)位置通常是固 定的，不需要頻繁的廣播信標(biāo)幀，因此廣播周期相對較長，普通節(jié)點(diǎn)無法準(zhǔn)確 實(shí)時(shí)地獲取鄰居節(jié)點(diǎn)的剩余能量信息，從而影響普通節(jié)點(diǎn)的路由選擇的準(zhǔn)確 性。如果為獲取精確的鄰居節(jié)點(diǎn)能量，而將廣播信標(biāo)幀的時(shí)間間隔減小，將增 加全網(wǎng)廣播數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)，加大網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，并使得數(shù)據(jù)傳輸沖突的概率增加，增 大網(wǎng)絡(luò)能量消耗和開銷。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)據(jù)包在共享的無線信道中傳 輸時(shí)，普通節(jié)點(diǎn)肉'為串音(Overhearing)會(huì)接收并處理不是發(fā)送給自己的數(shù)據(jù) 包。因此，利用該特性，應(yīng)用上述剩余能量更新方法，能夠在不減少廣播信標(biāo) 幀時(shí)間間隔、不增加額外開銷的基礎(chǔ)上，獲取周圍鄰居節(jié)點(diǎn)的剩余能量。
步驟S307，普通節(jié)點(diǎn)比較各個(gè)前趨鄰居節(jié)點(diǎn)的總傳輸次數(shù)和剩余能量， 從前趨鄰居節(jié)點(diǎn)中選擇出到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的路由的下一跳普通節(jié)點(diǎn)。
按公式
^ = —(iV乂 ) + (1 - a)e(A^ )
計(jì)算前趨鄰居節(jié)點(diǎn)的路由選擇權(quán)值，其中，《為設(shè)置參數(shù)，W,為--個(gè)前趨 鄰居節(jié)點(diǎn)，^為前趨鄰居節(jié)點(diǎn)氣的路由選擇權(quán)值，^/(W,)為前趨鄰居節(jié)點(diǎn)氣 相對于所有前趨鄰居節(jié)點(diǎn)的總傳輸次數(shù)倒數(shù)歸一化值，e(乂)為前趨鄰居節(jié)點(diǎn) ^相對于所有前趨鄰居節(jié)點(diǎn)的剩余能量歸一化值；
比較前趨鄰居節(jié)點(diǎn)的路由選擇權(quán)值，選擇路由選擇權(quán)值最大的前趨鄰居節(jié) 點(diǎn)為路由的下一跳普通節(jié)點(diǎn)。
在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，普通節(jié)點(diǎn)在不同時(shí)刻采集到的數(shù)據(jù)包重要程度 通常有很大的不同。以森林防火為例，當(dāng)周圍環(huán)境溫度正常時(shí)，采集到的溫度 數(shù)據(jù)重要程度較低，在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)可以選擇其他不是最可靠的路徑，以均衡網(wǎng)
19絡(luò)負(fù)載。而當(dāng)有火災(zāi)發(fā)生時(shí)，此時(shí)采集到的溫度數(shù)據(jù)異常重要，需要最大程度 地保證數(shù)據(jù)的傳輸可靠性。本實(shí)施例中根據(jù)普通節(jié)點(diǎn)采集到的數(shù)據(jù)包重要性不
同，將重要性分為IO個(gè)等級(jí)，分別對應(yīng)a值為O. 1， 0.2， 0.3， 04， 0.5， 0.6， 0.7， 0.8， 0.9， 1。在轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)時(shí)可以根據(jù)數(shù)據(jù)包的重要性自適應(yīng)地調(diào)整當(dāng)前 的a參數(shù)，滿足實(shí)際應(yīng)用的要求。
如果所有鄰居節(jié)點(diǎn)距目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的距離都比普通節(jié)點(diǎn)自身遠(yuǎn)，則此時(shí)網(wǎng)絡(luò)出 現(xiàn)J路由空洞，路由協(xié)議進(jìn)入空洞環(huán)繞模式。在空洞環(huán)繞模式中，路由協(xié)議將 根據(jù)右手規(guī)則沿路由邊界普通節(jié)點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)包，直到該數(shù)據(jù)包抵達(dá)比空洞普通 節(jié)點(diǎn)距目的節(jié)點(diǎn)更近的普通節(jié)點(diǎn)為止。
本發(fā)明的系統(tǒng)的一個(gè)具體實(shí)施例中普通節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)如圖6所示，系統(tǒng)包括 普通節(jié)點(diǎn)和發(fā)送自身地理位置信息的目的節(jié)點(diǎn)，普通節(jié)點(diǎn)包括信息發(fā)送模塊 601、信息接收模塊602、節(jié)點(diǎn)選擇模塊603、前趨鄰居選擇模塊604、次數(shù)計(jì) 算模塊605、剩余能量更新模塊606和路由選擇模塊607。
信息發(fā)送模塊601，用于發(fā)送普通節(jié)點(diǎn)的地理位置、剩余能量和平均包接 收率信息。
普通節(jié)點(diǎn)通過周期發(fā)送廣播信標(biāo)幀通告消息。其中平均包接收率信息在普 通節(jié)點(diǎn)確定完前趨鄰居節(jié)點(diǎn)后發(fā)送。 平均包接收率按如F公式估算。
二 ^-
其中，P^ '為普通節(jié)點(diǎn)J的平均包接收率，,為普通節(jié)點(diǎn)j'的一個(gè)前趨鄰居 節(jié)點(diǎn)，n為普通節(jié)點(diǎn)y的前趨鄰居節(jié)點(diǎn)總數(shù)，Pi^,力(力為普通節(jié)點(diǎn)7到前趨鄰 居節(jié)點(diǎn)Z的數(shù)據(jù)包接收率。
本實(shí)施例中，普通節(jié)點(diǎn)在MAC (Medium Access Control,媒體接入控制) 層設(shè)計(jì)基于麗E麗A的鏈路估計(jì)器通過給每個(gè)數(shù)據(jù)包編號(hào)，根據(jù)編號(hào)計(jì)算累計(jì) 發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)包比值，通過加權(quán)滑動(dòng)平均窗口計(jì)算數(shù)據(jù)包接收率。其中， 普通節(jié)點(diǎn)到前趨鄰居節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包接收率由前趨鄰居節(jié)點(diǎn)測得后，通過廣播數(shù) 據(jù)包通告給當(dāng)前節(jié)點(diǎn)。信息接收模塊602，用于接收并獲得目的節(jié)點(diǎn)的地理位置信息和鄰居節(jié)點(diǎn) 的地理位置、剩余能量信息和平均包接收率，建立并維持鄰居表。
節(jié)點(diǎn)選擇模塊603,用于運(yùn)用獲得的地理位置信息，選擇距離目的節(jié)點(diǎn)比 自身近的鄰居節(jié)點(diǎn)作為前趨鄰居節(jié)點(diǎn)，建立并維持前趨鄰居表。前趨鄰居表記 錄每個(gè)前趨鄰居節(jié)點(diǎn)的信息包括普通節(jié)點(diǎn)的位置信息、剩余能量、以及普通節(jié) 點(diǎn)到該前趨鄰居節(jié)點(diǎn)和該前趨鄰居節(jié)點(diǎn)到普通節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包接收率。 前趨鄰居選擇模塊604包括估計(jì)模塊和判斷模塊。 估算模塊，用于估算普通節(jié)點(diǎn)同每個(gè)前趨鄰居節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)傳輸次數(shù)。 估算模塊獲得普通節(jié)點(diǎn)到每個(gè)前趨鄰居節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)包接收率，和每個(gè)前 趨鄰居節(jié)點(diǎn)到普通節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)包接收率；按公式
計(jì)算普通節(jié)點(diǎn)同每個(gè)前趨鄰居節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)包傳輸次數(shù)，其中，i 7X(/,/)為數(shù) 據(jù)包傳輸次數(shù)，/為普通節(jié)點(diǎn)，/為一個(gè)前趨鄰居節(jié)點(diǎn)，/^^,^(J)為普通節(jié)點(diǎn)/
到前趨鄰居節(jié)點(diǎn)/間的數(shù)據(jù)包接收率，Mi^,w)為前趨鄰居節(jié)點(diǎn)y到普通節(jié)點(diǎn)/ 間的數(shù)據(jù)包接收率。
判斷模塊，用于判斷數(shù)據(jù)傳輸次數(shù)是否大于設(shè)置的門限值，如果大于，則 將數(shù)據(jù)傳輸次數(shù)對應(yīng)的前趨鄰居節(jié)點(diǎn)從前趨鄰居表中屏蔽掉。門限值被設(shè)置為 確認(rèn)幀重傳次數(shù)上限值的平方。
次數(shù)計(jì)算模塊605，用于估算通過每個(gè)前趨鄰居節(jié)點(diǎn)到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的總傳
輸次數(shù)。
次數(shù)計(jì)算模塊605獲得普通節(jié)點(diǎn)到每個(gè)前趨鄰居節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)包接收率， 和每個(gè)前趨鄰居節(jié)點(diǎn)到普通節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)包接收率；
按公式
計(jì)算普通節(jié)點(diǎn)同每個(gè)前趨鄰居節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)傳輸次數(shù)，其中，i 7X(/,力為數(shù)據(jù) 傳輸次數(shù)，/為普通節(jié)點(diǎn)，y為一個(gè)前趨鄰居節(jié)點(diǎn)，MiV"(力為普通節(jié)點(diǎn)/到前
趨鄰居節(jié)點(diǎn)y間的數(shù)據(jù)包接收率，i^i (,力(力為前趨鄰居節(jié)點(diǎn)y到普通節(jié)點(diǎn)/間的數(shù)據(jù)包接收率； 按公式
<formula>formula see original document page 22</formula>
計(jì)算總傳輸次數(shù)，其中，i rx為總傳輸次數(shù)，w鄰,力為數(shù)據(jù)傳輸次數(shù)，^為普
通節(jié)點(diǎn)，_/為一個(gè)前趨鄰居節(jié)點(diǎn)，"為目的節(jié)點(diǎn)，"w為普通節(jié)點(diǎn)/到目的節(jié)點(diǎn)
的距離，"w為前趨鄰居節(jié)點(diǎn)y到目的節(jié)點(diǎn)的距離。
剩余能量更新模塊606包括偵聽模塊、消耗能量估算模塊和更新模塊。 偵聽模塊，用于偵聽鄰居節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包，判斷數(shù)據(jù)包的發(fā)送者是否為前趨
鄰居節(jié)點(diǎn)。
消耗能量估算模塊，用于在偵聽模塊偵聽到前趨鄰居節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)包 時(shí)，估算發(fā)送數(shù)據(jù)包的前趨鄰居節(jié)點(diǎn)的消耗能量。
消耗能量估算模塊判斷發(fā)送數(shù)據(jù)包的前趨鄰居節(jié)點(diǎn)是否為數(shù)據(jù)包的源節(jié) 點(diǎn)，如果是，消耗能量為普通節(jié)點(diǎn)發(fā)送單位數(shù)據(jù)包所消耗的能量除以發(fā)送數(shù)據(jù) 包的前趨鄰居節(jié)點(diǎn)到該普通節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)包接收率的值；否則，消耗能量為普 通節(jié)點(diǎn)發(fā)送單位數(shù)據(jù)包所消耗的能量除以發(fā)送數(shù)據(jù)包的前趨鄰居節(jié)點(diǎn)到該普 通節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)包接收率的值，同普通節(jié)點(diǎn)接收單位數(shù)據(jù)包所消耗的能量除以 發(fā)送數(shù)據(jù)包的前趨鄰居節(jié)點(diǎn)平均包接收率的值的加和。
更新模塊，用于在消耗能量估算模塊估算完消耗能量后，將前趨鄰居節(jié)點(diǎn) 的剩余能量減去消耗能量，以更新前趨鄰居節(jié)點(diǎn)的剩余能量。
路由選擇模塊607，用于比較各個(gè)前趨鄰居節(jié)點(diǎn)的總傳輸次數(shù)和剩余能 量，從前趨鄰居節(jié)點(diǎn)中選擇出到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的路由的下一跳普通節(jié)點(diǎn)。
路由選擇模塊公式
^ = opt/(A^ ) + (1 — a)e(A^)
計(jì)算前趨鄰居節(jié)點(diǎn)的路由選擇權(quán)值，其中，ct為設(shè)置參數(shù)，A^為一個(gè)前趨 鄰居節(jié)點(diǎn)，^為前趨鄰居節(jié)點(diǎn)AO的路由選擇權(quán)值，/^(氣)為前趨鄰居節(jié)點(diǎn)AO 相對于所有前趨鄰居節(jié)點(diǎn)的總傳輸次數(shù)倒數(shù)歸一化值，e(W,)為前趨鄰居節(jié)點(diǎn) A^相對于所有前趨鄰居節(jié)點(diǎn)的剩余能量歸一化值；比較前趨鄰居節(jié)點(diǎn)的路由 選擇權(quán)值，選擇路由選擇權(quán)值最大的前趨鄰居節(jié)點(diǎn)為路由的下一跳普通節(jié)點(diǎn)。
本發(fā)明的仿真效果如圖7至9所示。圖中LEGR表示本發(fā)明。
22實(shí)驗(yàn)仿真了 100-400個(gè)普通節(jié)點(diǎn)隨機(jī)部署在^0x^0的網(wǎng)絡(luò)中，普通節(jié)點(diǎn)
傳輸距離固定，定義節(jié)點(diǎn)密度為單位傳輸距離內(nèi)的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)。在實(shí)驗(yàn)中分別對
應(yīng)100到400個(gè)普通節(jié)點(diǎn)設(shè)置了4種節(jié)點(diǎn)密度，4、 8、 12、 16。在仿真實(shí)驗(yàn)中
將普通節(jié)點(diǎn)發(fā)送單位數(shù)據(jù)包所消耗的能量的值分別歸一化為1，普通節(jié)點(diǎn)接收 單位數(shù)據(jù)包所消耗的能量歸一化為0.375。同時(shí)為簡單起見，仿真中解數(shù)據(jù)包 頭所消耗的能量忽略不計(jì)。每個(gè)普通節(jié)點(diǎn)的初始能量為IOOOJ。在仿真中目的 節(jié)點(diǎn)為基站，隨機(jī)選取位于網(wǎng)絡(luò)左下角的普通節(jié)點(diǎn)向位于網(wǎng)絡(luò)右上角的基站定 期發(fā)送數(shù)據(jù)。源數(shù)據(jù)普通節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生一個(gè)CBR (恒定比特率)數(shù)據(jù)流，每秒產(chǎn)生 0.5個(gè)數(shù)據(jù)包， 一共發(fā)送500秒。仿真平臺(tái)中有損鏈路模型的實(shí)現(xiàn)方式如下
<formula>formula see original document page 23</formula>
當(dāng)普通節(jié)點(diǎn)間的通信距離小于A處于連通區(qū)域時(shí)，數(shù)據(jù)包接收率為
l(PRR(d)=100%)。當(dāng)普通節(jié)點(diǎn)間的通信距離超過D2處于不連通區(qū)域，數(shù)據(jù)包 接收率可視為O(PRR(d)二O)。當(dāng)普通節(jié)點(diǎn)間通信距離位于^與A之間處于傳遞 區(qū)域時(shí)，數(shù)據(jù)包接收率將有變化的平滑下降。[>^=maX{a，min{b，y}}，義服從方 差為c2的標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布^ ~ ^G，W 。在仿真實(shí)驗(yàn)中，對D' ， ^分別取值為A = 10， "2=30， 。=0.3。
不同的節(jié)點(diǎn)密度下，本發(fā)明同GEAR以及GPSR的數(shù)據(jù)傳輸成功率對比效果 如圖7所示。0時(shí)本轉(zhuǎn)發(fā)方法的數(shù)據(jù)傳輸成功率最高，而且隨著節(jié)點(diǎn)密度 的增加，數(shù)據(jù)傳輸成功率也在增加。當(dāng)取值《=0.5本發(fā)明選擇的路由不總是鏈 路最好的路由，數(shù)據(jù)傳輸成功率相對《=1.0時(shí)有所降低。由于本發(fā)明估計(jì)了有 損鏈路的影響，因此數(shù)據(jù)傳輸成功率相比GPSR和GEAR協(xié)議有較大的改善。GPSR 和GEAR協(xié)議由于沒有考慮有損鏈路的影響，而僅采用距離貪婪轉(zhuǎn)發(fā)策略，因 此其數(shù)據(jù)傳輸成功率相對較低。
本發(fā)明同GEAR以及GPSR在不同節(jié)點(diǎn)密度下的能量效率對比效果如圖8 所示。"=1.0時(shí)本發(fā)明轉(zhuǎn)發(fā)方法的效率最高。
本發(fā)明同GEAR以及GPSR在不同節(jié)點(diǎn)密度下的網(wǎng)絡(luò)壽命對比效果如圖9所示。由于當(dāng)取值《=0.5時(shí)，本發(fā)明在路由選擇時(shí)考慮了負(fù)載均衡的影響，因
此其壽命比當(dāng)取值《=1. 0時(shí)提高了 30%-40%。由于GEAR協(xié)議在設(shè)計(jì)時(shí)也考慮 了負(fù)載均衡的影響，因此網(wǎng)絡(luò)壽命相對"二l.O時(shí)的本發(fā)明以及GPSR也有較大
的提高。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離權(quán)利要求書確定的本發(fā)明的精神和范圍的條 件下，還可以對以上內(nèi)容進(jìn)行各種各樣的修改。因此本發(fā)明的范圍并不僅限于 以上的說明，而是由權(quán)利要求書的范圍來確定的。
權(quán)利要求
1.一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方法，其特征在于，包括步驟1，目的節(jié)點(diǎn)發(fā)送自身地理位置信息，普通節(jié)點(diǎn)發(fā)送自身地理位置信息和剩余能量信息；步驟2，所述普通節(jié)點(diǎn)接收所述目的節(jié)點(diǎn)的地理位置信息和鄰居節(jié)點(diǎn)的地理位置信息和剩余能量信息；步驟3，所述普通節(jié)點(diǎn)依據(jù)所述目的節(jié)點(diǎn)和鄰居節(jié)點(diǎn)的地理位置信息，選擇距離所述目的節(jié)點(diǎn)比自身近的鄰居節(jié)點(diǎn)作為前趨鄰居節(jié)點(diǎn)；步驟4，所述普通節(jié)點(diǎn)為所述普通節(jié)點(diǎn)的每個(gè)前趨鄰居節(jié)點(diǎn)估算以所述前趨鄰居節(jié)點(diǎn)為路由的下一跳到達(dá)所述目的節(jié)點(diǎn)時(shí)，所述前趨鄰居節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的總傳輸次數(shù)；步驟5，所述普通節(jié)點(diǎn)比較各個(gè)所述前趨鄰居節(jié)點(diǎn)的總傳輸次數(shù)和剩余能量，從中選擇出到達(dá)所述目的節(jié)點(diǎn)的路由的下一跳普通節(jié)點(diǎn)。
2. 如權(quán)利要求l所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方法，其特征在于， 所述步驟3還包括將所述前趨鄰居節(jié)點(diǎn)記錄到前趨鄰居表；所述步驟3和步驟4之間包括歩驟21，估算所述普通節(jié)點(diǎn)同每個(gè)所述前趨鄰居節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)傳輸次數(shù)；歩驟22，判斷所述數(shù)據(jù)傳輸次數(shù)是否大于設(shè)置的門限值，如果是，執(zhí)行步驟23;歩驟23，將所述數(shù)據(jù)傳輸次數(shù)對應(yīng)的前趨鄰居節(jié)點(diǎn)從所述前趨鄰居表中 屏蔽掉。
3. 如權(quán)利要求2所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方法，其特征在于，所 述門限值為確認(rèn)幀重傳次數(shù)上限值的平方。
4. 如權(quán)利要求1所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方法，其特征在于，所 述步驟3和所述步驟4之間還包括步驟41，所述普通節(jié)點(diǎn)偵聽所述鄰居節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包，判斷所述數(shù)據(jù)包的 發(fā)送者是否為所述前趨鄰居節(jié)點(diǎn)，如果是，執(zhí)行步驟42;步驟42，所述普通節(jié)點(diǎn)估算發(fā)送所述數(shù)據(jù)包的前趨鄰居節(jié)點(diǎn)的消耗能量; 步驟43，所述普通節(jié)點(diǎn)將所述前趨鄰居節(jié)點(diǎn)的剩余能量減去所述消耗能量，以更新所述前趨鄰居節(jié)點(diǎn)的剩余能量。
5. 如權(quán)利要求3所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方法，其特征在于，所 述步驟21進(jìn)一步包括步驟51，接收并獲得每個(gè)所述前趨鄰居節(jié)點(diǎn)發(fā)送的所述普通節(jié)點(diǎn)到所述 前趨鄰居節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)包接收率，估算每個(gè)所述前趨鄰居節(jié)點(diǎn)到所述普通節(jié)點(diǎn) 間的數(shù)據(jù)包接收率；步驟52，按公式^X("卜7p。
w、1^。 ^、計(jì)算所述普通節(jié)點(diǎn)同每個(gè)所述前趨鄰居節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)傳輸次數(shù)，其中，^x(u)為所述數(shù)據(jù)傳輸次數(shù)，/為所述普通節(jié)點(diǎn)，./為一個(gè)所述前趨鄰居節(jié)點(diǎn)，尸/^,7>(")為所述普通節(jié)點(diǎn)到所述前趨鄰居節(jié)點(diǎn)7'間的數(shù)據(jù)包接收 率，Pi^,力W)為所述前趨鄰居節(jié)點(diǎn)7'到所述普通節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)包接收率。
6. 如權(quán)利要求4所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方法，，其特征在于，所 述歩驟4進(jìn)一步包括歩驟61，接收并獲得每個(gè)所述前趨鄰居節(jié)點(diǎn)發(fā)送的所述普通節(jié)點(diǎn)到所述 前趨鄰居節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)包接收率，估算每個(gè)所述前趨鄰居節(jié)點(diǎn)到所述普通節(jié)點(diǎn) 間的數(shù)據(jù)包接收率；步驟62，按公式￡漢("> pp。 ， p^7;計(jì)算所述普通節(jié)點(diǎn)同每個(gè)所述前趨鄰居節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)包傳輸次數(shù)，其中，^^('，力為所述數(shù)據(jù)包傳輸次數(shù)，f為所述普通節(jié)點(diǎn)，7為一個(gè)所述 前趨鄰居節(jié)點(diǎn)，Pi i^,)W)為所述普通節(jié)點(diǎn)到所述前趨鄰居節(jié)點(diǎn)y間的數(shù)據(jù)包接收率，尸；,、,)(力為所述前趨鄰居節(jié)點(diǎn)7'到所述普通節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)包接收率；步驟63，按公式E7X-^^.五7X(!'J)計(jì)算所述總傳輸次數(shù)，《j - "W其中，i rx為所述總傳輸次數(shù)，i 7xa/)為所述數(shù)據(jù)傳輸次數(shù)，/為所述普 通節(jié)點(diǎn)，/為一個(gè)所述前趨鄰居節(jié)點(diǎn)，"為所述目的節(jié)點(diǎn)，《^為所述普通節(jié)點(diǎn) 到所述目的節(jié)點(diǎn)的距離，《"為所述前趨鄰居節(jié)點(diǎn)7'到所述目的節(jié)點(diǎn)的距離。
7. 如權(quán)利要求6所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方法，其特征在于，所述方法還包括步驟71,所述普通節(jié)點(diǎn)發(fā)送自身的平均包接收率信息；步驟72，所述普通節(jié)點(diǎn)接收所述鄰居節(jié)點(diǎn)的平均包接收率信息；所述歩驟42進(jìn)一步包括步驟73，判斷發(fā)送所述數(shù)據(jù)包的前趨鄰居節(jié)點(diǎn)是否為所述數(shù)據(jù)包的源節(jié) 點(diǎn)，如果是，執(zhí)行步驟74，否則，執(zhí)行歩驟75;步驟74，所述消耗能量為普通節(jié)點(diǎn)發(fā)送單位數(shù)據(jù)包所消耗的能量除以發(fā) 送所述數(shù)據(jù)包的前趨鄰居節(jié)點(diǎn)到所述普通節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)包接收率的值；步驟75，所述消耗能量為普通節(jié)點(diǎn)發(fā)送單位數(shù)據(jù)包所消耗的能量除以發(fā) 送所述數(shù)據(jù)包的前趨鄰居節(jié)點(diǎn)到所述普通節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)包接收率的值，同普通 節(jié)點(diǎn)接收單位數(shù)據(jù)包所消耗的能量除以發(fā)送所述數(shù)據(jù)包的前趨鄰居節(jié)點(diǎn)平均 包接收率的值的加和。
8. 如權(quán)利要求1至7任一所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方法，其特征 在于，所述歩驟5進(jìn)一步包括步驟81，按公式W, =，^氣)+ (1- ) )計(jì)算所述前趨鄰居節(jié)點(diǎn)的路由選 擇權(quán)值，其中，a為設(shè)置參數(shù)，W,為一個(gè)所述前趨鄰居節(jié)點(diǎn)，^為前趨鄰居節(jié)點(diǎn)氣 的路由選擇權(quán)值，為前趨鄰居節(jié)點(diǎn)iV,相對于所有所述前趨鄰居節(jié)點(diǎn)的 總傳輸次數(shù)倒數(shù)歸一化值，e(W,)為前趨鄰居節(jié)點(diǎn)^相對于所有所述前趨鄰居 節(jié)點(diǎn)的剩余能量歸一化值；歩驟82，比較所述前趨鄰居節(jié)點(diǎn)的路由選擇權(quán)值，選擇所述路由選擇權(quán) 值最大的前趨鄰居節(jié)點(diǎn)為所述路由的下一跳普通節(jié)點(diǎn)。
9. 一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)，包括普通節(jié)點(diǎn)和發(fā)送自身地理位 置信息的目的節(jié)點(diǎn)，其特征在于，所述普通節(jié)點(diǎn)包括信息發(fā)送模塊，用于發(fā)送所述普通節(jié)點(diǎn)的地理位置和剩余能量信息； 信息接收模塊，用于接收目的節(jié)點(diǎn)的地理位置信息和鄰居節(jié)點(diǎn)的地理位置 和剩余能量信息；節(jié)點(diǎn)選擇模塊，用于依據(jù)所述接收的地理位置信息，選擇距離所述目的節(jié) 點(diǎn)比自身近的鄰居節(jié)點(diǎn)作為前趨鄰居節(jié)點(diǎn)；次數(shù)計(jì)算模塊，用于為所述普通節(jié)點(diǎn)的每個(gè)前趨鄰居節(jié)點(diǎn)估算以所述前趨鄰居節(jié)點(diǎn)為路由的下一跳到達(dá)所述目的節(jié)點(diǎn)時(shí)，所述前趨鄰居節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的總傳輸次數(shù)；路由選擇模塊，用于比較各個(gè)所述前趨鄰居節(jié)點(diǎn)的總傳輸次數(shù)和剩余能 量，從所述前趨鄰居節(jié)點(diǎn)中選擇出到達(dá)所述目的節(jié)點(diǎn)的路由的下一跳普通節(jié)點(diǎn)。
10. 如權(quán)利要求9所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)，其特征在于， 所述普通節(jié)點(diǎn)還包括用于記錄前趨鄰居節(jié)點(diǎn)的前趨鄰居表； 所述節(jié)點(diǎn)選擇模塊，還用于在選擇出前趨鄰居節(jié)點(diǎn)后，將所述前趨鄰居節(jié)點(diǎn)記錄到所述前趨鄰居表中；所述普通節(jié)點(diǎn)還包括前趨鄰居選擇模塊，所述前趨鄰居選擇模塊包括 估算模塊，用于估算所述普通節(jié)點(diǎn)同每個(gè)所述前趨鄰居節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)傳輸次數(shù)；判斷模塊，用于判斷所述數(shù)據(jù)傳輸次數(shù)是否大于設(shè)置的門限值，如果大于， 則將所述數(shù)據(jù)傳輸次數(shù)對應(yīng)的前趨鄰居節(jié)點(diǎn)從所述前趨鄰居表中屏蔽掉。
11. 如權(quán)利要求10所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)，其特征在于， 所述門限值為確認(rèn)幀重傳次數(shù)上限值的平方。
12. 如權(quán)利要求9所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)，其特征在于， 所述普通節(jié)點(diǎn)還包括剩余能量更新模塊，所述剩余能量更新模塊包括 偵聽模塊，用于偵聽所述鄰居節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包，判斷所述數(shù)據(jù)包的發(fā)送者是否為所述前趨鄰居節(jié)點(diǎn)；消耗能量估算模塊，用于在所述偵聽模塊偵聽到前趨鄰居節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù) 包時(shí)，估算發(fā)送所述數(shù)據(jù)包的前趨鄰居節(jié)點(diǎn)的消耗能量；更新模塊，用于在所述消耗能量估算模塊估算完消耗能量后，將所述前趨 鄰居節(jié)點(diǎn)的剩余能量減去所述消耗能量，以更新所述前趨鄰居節(jié)點(diǎn)的剩余能
13. 如權(quán)利要求11所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)，其特征在于， 所述估算模塊進(jìn)一步用于接收并獲得每個(gè)所述前趨鄰居節(jié)點(diǎn)發(fā)送的所述普通 節(jié)點(diǎn)到所述前趨鄰居節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)包接收率，估算每個(gè)所述前趨鄰居節(jié)點(diǎn)到所 述普通節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)包接收率；按公式￡7X(U) =-^-計(jì)算所述普通節(jié)點(diǎn)同每個(gè)所述前趨鄰居節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)包傳輸次數(shù)，其中，￡7^0'，力為所述數(shù)據(jù)包傳輸次數(shù)，f為所述普通 節(jié)點(diǎn)，^為一個(gè)所述前趨鄰居節(jié)點(diǎn)，i^i (,^(cO為所述普通節(jié)點(diǎn)到所述前趨鄰居 節(jié)點(diǎn)7'間的數(shù)據(jù)包接收率，為所述前趨鄰居節(jié)點(diǎn)7'到所述普通節(jié)點(diǎn)間 的數(shù)據(jù)包接收率。
14. 如權(quán)利要求12所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)，其特征在于，所述次數(shù)計(jì)算模塊進(jìn)一步用于接收并獲得每個(gè)所述前趨鄰居節(jié)點(diǎn)發(fā)送的 所述普通節(jié)點(diǎn)到所述前趨鄰居節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)包接收率，估算每個(gè)所述前趨鄰居 節(jié)點(diǎn)到所述普通節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)包接收率；按公式<formula>formula see original document page 6</formula>計(jì)算所述普通節(jié)點(diǎn)同每個(gè)所述前趨鄰居節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)傳輸次數(shù)，其中，五7X(U，為所述數(shù)據(jù)傳輸次數(shù)，，為所述普 通節(jié)點(diǎn)，7'為 個(gè)所述前趨鄰居節(jié)點(diǎn)，/^i (,.,)(力為所述普通節(jié)點(diǎn)到所述前趨鄰 居節(jié)點(diǎn)7'間的數(shù)據(jù)包接收率，為所述前趨鄰居節(jié)點(diǎn)到所述普通節(jié)點(diǎn) 間的數(shù)據(jù)包接收率；按公式<formula>formula see original document page 6</formula>計(jì)算所述總傳輸次數(shù)，'其中，i 7X為所述 總傳輸次數(shù)，E7X(/,力為所述數(shù)據(jù)傳輸次數(shù)，/為所述普通節(jié)點(diǎn)，7'為一個(gè)所述 前趨鄰居節(jié)點(diǎn)，"為所述目的節(jié)點(diǎn)，《^為所述普通節(jié)點(diǎn)到所述目的節(jié)點(diǎn)的距 離，《"為所述前趨鄰居節(jié)點(diǎn)7'到所述目的節(jié)點(diǎn)的距離。
15. 如權(quán)利要求14所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)，其特征在于， 所述信息發(fā)送模塊，還用于發(fā)送所述普通節(jié)點(diǎn)的平均包接收率信息； 所述信息接收模塊，還用于接收所述鄰居節(jié)點(diǎn)的平均包接收率信息； 所述消耗能量估算模塊進(jìn)一步用于判斷發(fā)送所述數(shù)據(jù)包的前趨鄰居節(jié)點(diǎn)是否為所述數(shù)據(jù)包的源節(jié)點(diǎn)，如果是，所述消耗能量為普通節(jié)點(diǎn)發(fā)送單位數(shù)據(jù) 包所消耗的能量除以發(fā)送所述數(shù)據(jù)包的前趨鄰居節(jié)點(diǎn)到所述普通節(jié)點(diǎn)間的數(shù) 據(jù)包接收率的值；否則，所述消耗能量為普通節(jié)點(diǎn)發(fā)送單位數(shù)據(jù)包所消耗的能 量除以發(fā)送所述數(shù)據(jù)包的前趨鄰居節(jié)點(diǎn)到所述普通節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)包接收率的 值，同普通節(jié)點(diǎn)接收單位數(shù)據(jù)包所消耗的能量除以發(fā)送所述數(shù)據(jù)包的前趨鄰居 節(jié)點(diǎn)平均包接收率的值的加和。
16. 如權(quán)利要求9至15任一所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)，其特征在于，所述路由選擇模塊進(jìn)一步用于按公式^ ^c^^(氣)+ (l-a)e(iV》計(jì)算所 述前趨鄰居節(jié)點(diǎn)的路由選擇權(quán)值，其中，a為設(shè)置參數(shù)，A^為一個(gè)所述前趨鄰 居節(jié)點(diǎn)，^為前趨鄰居節(jié)點(diǎn)仏的路由選擇權(quán)值，一(A^)為前趨鄰居節(jié)點(diǎn)W,相 對于所有所述前趨鄰居節(jié)點(diǎn)的總傳輸次數(shù)倒數(shù)歸一化值，e(W,)為前趨鄰居節(jié) 點(diǎn)氣相對于所有所述前趨鄰居節(jié)點(diǎn)的剩余能量歸一化值；比較所述前趨鄰居 節(jié)點(diǎn)的路由選擇權(quán)值，選擇所述路由選擇權(quán)值最大的前趨鄰居節(jié)點(diǎn)為所述路由 的下一跳普通節(jié)點(diǎn)。
全文摘要
本發(fā)明涉及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方法和系統(tǒng)。該方法包括步驟1，目的節(jié)點(diǎn)發(fā)送自身地理位置信息，普通節(jié)點(diǎn)發(fā)送自身地理位置和剩余能量信息；步驟2，該普通節(jié)點(diǎn)接收所述目的節(jié)點(diǎn)的地理位置信息和鄰居節(jié)點(diǎn)的地理位置和剩余能量信息；步驟3，該普通節(jié)點(diǎn)依據(jù)所述目的節(jié)點(diǎn)和鄰居節(jié)點(diǎn)的地理位置信息，選擇距離所述目的節(jié)點(diǎn)比自身近的鄰居節(jié)點(diǎn)作為前趨鄰居節(jié)點(diǎn)；步驟4，該普通節(jié)點(diǎn)估算以各個(gè)所述前趨鄰居節(jié)點(diǎn)為下一跳到達(dá)所述目的節(jié)點(diǎn)的總傳輸次數(shù)；步驟5，該普通節(jié)點(diǎn)比較各個(gè)所述前趨鄰居節(jié)點(diǎn)的總傳輸次數(shù)和剩余能量，從中選擇出到達(dá)所述目的節(jié)點(diǎn)的路由的下一跳普通節(jié)點(diǎn)。本發(fā)明能夠在保證數(shù)據(jù)可靠傳輸?shù)耐瑫r(shí)，進(jìn)行負(fù)載均衡，提高能量使用效率。
文檔編號(hào)H04L12/56GK101645829SQ200810118219
公開日2010年2月10日 申請日期2008年8月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月7日
發(fā)明者徐勇軍, 朱紅松, 李曉維, 磊 趙 申請人:中國科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所