專利名稱：一種基于無線多媒體傳感器網絡的多路徑路由方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種基于無線多媒體傳感器網絡的多路徑路由方法。該方法傳感數據及時、準確、高效地傳輸提供保障，屬于傳感器網絡技術和無線通信技術的交叉領域。
背景技術：
無線多媒體傳感器網絡在傳統的無線傳感器網絡的基礎上引入了多媒體傳感器節(jié)點，這些節(jié)點是具有多媒體信息感知、計算和通信能力的多媒體傳感器節(jié)點，動態(tài)自組形成網絡，全面協作地感知、采集和處理覆蓋區(qū)域中的多媒體信息，通過多方面多角度的感知，可有效提高監(jiān)控質量，更好地滿足了用戶的需求。發(fā)明人在研究中發(fā)現，無線傳感器網絡在加入多媒體節(jié)點收集多媒體數據后，對 數據處理和傳輸的要求更高。雖然多媒體節(jié)點的處理和傳輸能力得到了很大的提高，但是普通節(jié)點的能力有限，在作為中繼節(jié)點傳輸的時候會導致網絡擁塞。所以需要有傳輸機制和路由協議來保障數據傳輸的QoS。多路徑傳輸是一種有效的路由傳輸方式，通過建立多條從源節(jié)點到目標節(jié)點的路徑，不但有效地降低了節(jié)點自身的負載，更有效的提高了數據傳輸的實時性和可靠性。
發(fā)明內容
技術問題本發(fā)明的目的是提供一種無線多媒體傳感器網絡的多路徑路由算法，該方法以無線多媒體傳感器網絡節(jié)點為依托，以提高傳感器網絡生存時間為目標，構建從源節(jié)點到目的節(jié)點的傳感數據傳輸路徑，保證了多媒體傳感數據和普通傳感數據及時、可靠地到達目的節(jié)點。技術方案本發(fā)明建立了一種無線多媒體傳感器網絡的方法，其基本的系統組成包括
普通節(jié)點可以感知其周圍空間的溫度、濕度、光照度、氣體濃度等環(huán)境信息的無線傳感器網絡節(jié)點。普通節(jié)點同時具備數據包轉發(fā)能力，可以將其自身產生的傳感數據或接收到的其它節(jié)點的傳感數據發(fā)送到其通信能力可達的任何節(jié)點；
多媒體節(jié)點可以監(jiān)測周圍環(huán)境的多媒體信息(如視頻、音頻等)的無線傳感器網絡節(jié)點。該類節(jié)點同時具備數據包轉發(fā)能力，可以將其自身產生的傳感數據或接收到的其它節(jié)點的傳感數據發(fā)送到其通信能力可達的任何節(jié)點；
中繼節(jié)點具備數據轉發(fā)能力的節(jié)點。本發(fā)明中定義網絡中任何節(jié)點都可以成為中繼節(jié)點。中繼節(jié)點擁有一塊數據接收緩沖區(qū)，用于暫存接收到的數據，一旦該數據被中繼節(jié)點處理完畢，則其占用的部分緩沖區(qū)將釋放；
源節(jié)點具有傳感能力并發(fā)出傳感數據的普通節(jié)點；
匯聚節(jié)點傳感數據最終傳輸到的節(jié)點；
本發(fā)明無線多媒體傳感器網絡的多路徑路由方法所包含的步驟為
I)在網絡環(huán)境內，隨機撒播多個具有相同初始能量E、相同通信能力與傳感能力的普通傳感器節(jié)點和多媒體傳感器節(jié)點，傳感器節(jié)點知道自己的地理位置；各個傳感器節(jié)點有自己唯一的ID，每個節(jié)點都能感知自己的剩余能量，撒布的傳感器節(jié)點總數已知，網絡中的不計匯聚節(jié)點的節(jié)點總數為M ;
2)匯聚節(jié)點部署在網絡的頂端，各個普通傳感器節(jié)點和多媒體傳感器節(jié)點可以直接和匯聚節(jié)點通信，匯聚節(jié)點的功率和數據處理能力要遠強于傳感器節(jié)點；
3)源節(jié)點S向目的節(jié)點D發(fā)送服務請求報文SRP(S, D, SRPNum, service-type,packet-type, Bandffidth, Delay, Cost, Hop, AvalibIe-Bandffidth, Delay-sum,Power-remaining, Nodelist)
其中，S是源節(jié)點，D是目的節(jié)點，SRPNum是分組號，service-type是服務類型,包括Sf或Sr兩種服務，packet-type是分組類型，BandWidth是節(jié)點帶寬限制，即節(jié)點的最小鏈路帶寬是BandWidth ；Delay是延遲限制，即節(jié)點的延遲要小于Dalay ；Cost是節(jié)點的能耗；Hop是一個路由跳數限制,節(jié)點總數要小于Hop ；Avalible-Bandffidth是節(jié)點可用剩余帶寬，delay-sum是鏈路總延遲，Power-remaining是節(jié)點剩余能量，Nodelist是記錄路由信息的節(jié)點列表。4)當節(jié)點S向D發(fā)送傳輸請求時，先在本地節(jié)點查找到D的路徑，如果有，就利用該路徑傳輸，否則，就廣播SRP分組，中間節(jié)點N接收到分組后，根據S，D，SRPNum判斷是否重復接收，如果是，就丟棄分組；否則進行轉發(fā)。5)當目的節(jié)點D收到探測分組SRP之后,探測分組中的Hop, Avalible-BandWidth,Delay-sum, Power-remaining, Nodelist域復制到回復分組SRR,并讀取探測分組的service-type,判斷源節(jié)點S發(fā)出的是事件驅動的高帶寬多媒體服務請求還是周期性的低帶寬監(jiān)測數據服務請求。對于兩種不同的服務請求，采用不同的方案來回復
6)針對事件驅動的高帶寬多媒體服務，為減少端到端延遲，使用最短多路徑方案，Stepl:在節(jié)點收到第一個SRP分組之后記錄下路由信息，然后立刻回復SRR分組；Step2:等待一個設定的Waiting-Time時間收集其他的SRP分組,得到多路徑集；Step3:在路徑集中選擇和第一個SRP分組的節(jié)點獨立路徑(如果沒有節(jié)點獨立路徑，就選擇最大鏈路獨立路徑)中路徑最短的兩條，回復SRR分組。源節(jié)點在收到第一個SRR分組后，就利用該路徑進行傳輸，當收到第二個，第三個分組后，使用類似的分組分配方案，讀取分組中的Hop, Avalible-Bandffidth, Delay-sum,Power-remaining域的內容,并利用下面的判斷函數，將負載按比例分配到這三條路徑上進行傳輸。
P(S, Dt SEPNum)= αχB(P)^PxD(P)+ ΧP CP)+ SxH (P)
B(P) = Avalible-BandffidthD(P)= Delay-sumP(P) = Power-remainingH(P) =Hop
其中α，β，Y，δ是分配因子，用戶根據不同的需求設定不同的因子值。傳輸結束后，源節(jié)點沿著這三條路徑發(fā)送釋放分組，結束這次傳輸。7)周期性的低帶寬監(jiān)測數據服務請求，為更加充分的利用帶寬，使用最寬多路徑方案，在目的節(jié)點收到第一個SRP分組后，先不回復，在等待一個Waiting-Time時間后對收集到的SRP分組選擇Avalible-BandWidth最大可用帶寬的路徑進行回復SRR。源節(jié)點在發(fā)送結束后向這條路徑發(fā)送釋放分組，結束傳輸。8)協議對節(jié)點使用三個不同的狀態(tài)空狀態(tài)、傳輸狀態(tài)、重建狀態(tài)。節(jié)點沒有建立對應于該路由的傳輸任務時處于空狀態(tài)；
節(jié)點正在對應的路由傳輸數據時，就處于傳輸狀態(tài)節(jié)點；
節(jié)點在Transporting-Time的傳輸時間內沒有收到數據就轉入重建狀態(tài)，等待Repairing-Time的時間，如果在這期間收到了對應的數據分組,表明路由已經得到修復，返回傳輸狀態(tài)；否則表示鏈路已經斷開，則刪除對應路由信息，釋放占用的帶寬資源。有益效果作為一種無線多媒體傳感器網絡的多路徑路由方法，本發(fā)明具有以下 一些有益成果
I.本發(fā)明在保障多媒體數據的服務質量的同時，還有效地均衡了節(jié)點的能量消耗。2.本發(fā)明不會因為節(jié)點數量的變多產生明顯惡化做到了能量和服務質量的平衡，是適合傳輸的方法。3.本發(fā)明采用區(qū)分服務類型的方式，對不同的服務的不同需求，使用各自的傳輸方式，不僅保障了實時數據的快速傳輸，同時也合理地利用了帶寬資源。協議中使用不同的節(jié)點狀態(tài)信息，很好的適應了網絡拓撲狀態(tài)的變化。
圖I是本發(fā)明所面向的無線多媒體傳感器網絡結構。圖2是區(qū)分服務的數據傳輸示意圖。圖3是路由維護過程中的節(jié)點狀態(tài)轉換示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明提出一種新型的多路徑路由算法，其具體實施方式
為
1)在網絡環(huán)境內，隨機撒播多個具有相同初始能量E、相同通信能力與傳感能力的普通傳感器節(jié)點和多媒體傳感器節(jié)點，傳感器節(jié)點知道自己的地理位置；各個傳感器節(jié)點有自己唯一的ID，每個節(jié)點都能感知自己的剩余能量，撒布的傳感器節(jié)點總數已知，網絡中的不計匯聚節(jié)點的節(jié)點總數為M ;
2)匯聚節(jié)點部署在網絡的頂端，各個傳感器節(jié)點可以直接和匯聚節(jié)點通信，匯聚節(jié)點的功率和數據處理能力要遠強于傳感器節(jié)點；
3)當源節(jié)點S向目的D發(fā)送傳輸請求時，先在本地節(jié)點查找到D的路徑，如果有，就利用該路徑傳輸，否則，就廣播SRP分組，中間節(jié)點N接收到分組后，根據S，D，SRPNum判斷是否重復接收，如果是，就丟棄分組；否則進行轉發(fā)。 4)當目的節(jié)點D收到探測分組SRP之后，根據探測分組，判斷源節(jié)點S發(fā)出的是事件驅動的高帶寬多媒體服務請求還是周期性的低帶寬監(jiān)測數據服務請求。對于兩種不同的服務請求，采用不同的方案來回復
5)協議對節(jié)點使用三個不同的狀態(tài)空狀態(tài)、傳輸狀態(tài)、重建狀態(tài)。節(jié)點沒有建立對應于該路由的傳輸任務時處于空狀態(tài)；節(jié)點正在對應的路由傳輸數據時，就處于傳輸狀態(tài)節(jié)點；
節(jié)點在Transporting-Time的傳輸時間內沒有收到數據就轉入重建狀態(tài)，等待Repairing-Time的時間，如果在這期間收到了對應的數據分組,表明路由已經得到修復,返 回傳輸狀態(tài)；否則表示鏈路已經斷開，則刪除對應路由信息，釋放占用的帶寬資源。
權利要求
1. 一種基于無線多媒體傳感器網絡的多路徑路由方法，其特征在于該方法包括以下步驟 1)在網絡環(huán)境內，隨機撒播多個具有相同初始能量E、相同通信能力與傳感能力的普通傳感器節(jié)點和多媒體傳感器節(jié)點，傳感器節(jié)點知道自己的地理位置；各個傳感器節(jié)點有自己唯一的ID，每個節(jié)點都能感知自己的剩余能量，撒布的傳感器節(jié)點總數已知，網絡中的不計匯聚節(jié)點的節(jié)點總數為M ; 2)匯聚節(jié)點部署在網絡的頂端，各個普通傳感器節(jié)點和多媒體傳感器節(jié)點可以直接和匯聚節(jié)點通信，匯聚節(jié)點的功率和數據處理能力要遠強于傳感器節(jié)點； 3)源節(jié)點S向目的節(jié)點D發(fā)送服務請求報文SRP,包括S，D,SRPNum, service-type,packet-type, Bandffidth, Delay, Cost, Hop, Avalible-Bandffidth, Delay-sum,Power-remaining, Nodelist, 其中，S是源節(jié)點，D是目的節(jié)點，SRPNum是分組號，service-type是服務類型,包括Sf或Sr兩種服務，packet-type是分組類型，BandWidth是節(jié)點帶寬限制，即節(jié)點的最小鏈路帶寬是BandWidth ；Delay是延遲限制，即節(jié)點的延遲要小于Dalay ；Cost是節(jié)點的能耗；Hop是一個路由跳數限制,節(jié)點總數要小于Hop ；Avalible-Bandffidth是節(jié)點可用剩余帶寬，delay-sum是鏈路總延遲，Power-remaining是節(jié)點剩余能量，Nodelist是記錄路由信息的節(jié)點列表； 4)當節(jié)點S向D發(fā)送傳輸請求時，先在本地節(jié)點查找到D的路徑，如果有，就利用該路徑傳輸，否則，就廣播SRP分組，中間節(jié)點N接收到分組后，根據S，D，SRPNum判斷是否重復接收，如果是，就丟棄分組；否則進行轉發(fā)； 5)當目的節(jié)點D收到探測分組SRP之后，探測分組 中的Hop,Avalible-Bandffidth,Delay-sum, Power-remaining, Nodelist域復制到回復分組SRR,并讀取探測分組的service-type,判斷源節(jié)點S發(fā)出的是事件驅動的高帶寬多媒體服務請求還是周期性的低帶寬監(jiān)測數據服務請求；對于兩種不同的服務請求，采用不同的方案來回復； 6)針對事件驅動的高帶寬多媒體服務，為減少端到端延遲，使用最短多路徑方案，具體如下 Stepl:在節(jié)點收到第一個SRP分組之后記錄下路由信息，然后立刻回復SRR分組， Step2:等待一個設定的Waiting-Time時間收集其他的SRP分組，得到多路徑集， Step3:在路徑集中選擇和第一個SRP分組的節(jié)點獨立路徑中路徑最短的兩條，如果沒有節(jié)點獨立路徑，就選擇最大鏈路獨立路徑，回復SRR分組； 源節(jié)點在收到第一個SRR分組后，就利用該路徑進行傳輸，當收到第二個，第三個分組后，使用類似的分組分配方案，讀取分組中的Hop, Avalible-Bandffidth, Delay-sum,Power-remaining域的內容,并利用下面的判斷函數，將負載按比例分配到這三條路徑上進行傳輸；P(S, Dt SRFNum)= a x B(P>f βχ D(P)+ χ P CP)+ SxH (P)B(P) = Avalible-BandffidthD(P)= Delay-sumP(P) = Power-remainingH(P) =Hop 其中α，β，Υ，δ是分配因子，用戶根據不同的需求設定不同的因子值，傳輸結束后，源節(jié)點沿著這三條路徑發(fā)送釋放分組，結束這次傳輸； 7)周期性的低帶寬監(jiān)測數據服務請求，為更加充分的利用帶寬，使用最寬多路徑方案，在目的節(jié)點收到第一個SRP分組后，先不回復，在等待一個Waiting-Time時間后對收集到的SRP分組選擇Avalible-BandWidth最大可用帶寬的路徑進行回復SRR， 源節(jié)點在發(fā)送結束后向這條路徑發(fā)送釋放分組，結束傳輸； 8)協議對節(jié)點使用三個不同的狀態(tài)空狀態(tài)、傳輸狀態(tài)、重建狀態(tài)， 節(jié)點沒有建立對應于該路由的傳輸任務時處于空狀態(tài)； 節(jié)點正在對應的路由傳輸數據時，就處于傳輸狀態(tài)節(jié)點； 節(jié)點在Transporting-Time的傳輸時間內沒有收到數據就轉入重建狀態(tài)，等待Repairing-Time的時間，如果在這期間收到了對應的數據分組,表明路由已經得到修復,返回傳輸狀態(tài)；否則表示鏈路已經斷開，則刪除對應路由信息，釋放占用的帶寬資源。
全文摘要
一種面向無線多媒體傳感器網絡的多路徑路由方法，是一種針對無線多媒體傳感器網絡(WirelessMultimediaSensorNetworks,WMSN)中多媒體數據流傳輸的技術方案，主要用于解決多媒體流實時性傳輸的問題，并盡可能延長網絡生存周期，其特征是采用多路徑傳輸無線多媒體傳感器網絡中從源節(jié)點到目的節(jié)點的數據，并且采用區(qū)分服務的模式，向用戶提供更高的服務質量。
文檔編號H04W84/18GK102821434SQ201210256479
公開日2012年12月12日 申請日期2012年7月24日 優(yōu)先權日2012年7月24日
發(fā)明者王汝傳, 郭梟, 黃海平, 孫力娟, 沙超, 肖甫, 蔣凌云, 徐佳, 顧翔 申請人:南京郵電大學