一種面向消防的無線傳感器執(zhí)行器網(wǎng)絡(luò)的路由方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種面向消防的無線傳感器執(zhí)行器網(wǎng)絡(luò) 路由方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 火災(zāi)作為現(xiàn)代城市的主要災(zāi)害,越來越受到人們的廣泛關(guān)注。隨著經(jīng)濟和技術(shù)的 不斷發(fā)展,城市高層建筑、地下工程、商場、人員密集場所、加油站等日益增多,滅火救助的 難度也在相應(yīng)增加,同時對消防通信的要求也越來越高,目前已經(jīng)不僅僅停留在保證消防 通信實時性,減少網(wǎng)絡(luò)節(jié)點整體能耗上,還要求提升網(wǎng)絡(luò)節(jié)點能耗的公平性,即各個同類節(jié) 點的能耗盡量均勻,這樣才能避免關(guān)鍵節(jié)點耗盡能量而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)無法運行,導(dǎo)致發(fā)生火災(zāi) 時造成重大損失。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003] 本發(fā)明為解決上述問題,提供了一種面向消防的無線傳感器執(zhí)行器網(wǎng)絡(luò)路由方 法。包括以下步驟:
[0004] 確定執(zhí)行器節(jié)點數(shù)量和傳感器節(jié)點位置;
[0005] 利用加權(quán)維諾圖方法將面向消防的無線傳感器執(zhí)行器網(wǎng)絡(luò)分成多個簇;
[0006] 根據(jù)每個簇的拓撲信息,使用度約束最小生成樹計算路由路徑;
[0007] 每個簇均由一個執(zhí)行器節(jié)點和一組傳感器節(jié)點組成,執(zhí)行器節(jié)點之間相互交換剩 余能量信息,并把路由表和收到的能量信息發(fā)送給自己簇內(nèi)的每一個傳感器節(jié)點;
[0008] 簇內(nèi)的每一個傳感器節(jié)點都按照接收到的路由表向執(zhí)行器節(jié)點傳輸剩余能量信 息數(shù)據(jù)。
[0009] 進一步的,在所述加權(quán)維諾圖中,令A(yù) = {AuAbAy . . AJ為2D監(jiān)控平面內(nèi)不同執(zhí) 行器節(jié)點的集合,五廣為每個執(zhí)行器節(jié)點的剩余能量,Cf為每個執(zhí)行器節(jié)點的執(zhí)行能力, 則加權(quán)維諾圖可以表示為:
[0010]
記執(zhí)行器節(jié)點的加權(quán) 維諾圖為V/,則笮
[0011] 進一步的,所述度約束最小生成樹具體方法為:
[0012] 步驟1,每個簇均為一個無向連通圖,將圖中的執(zhí)行器節(jié)點刪除,得到m個連通分 量;
[0013] 步驟2,對每個連通分量求最小生成樹,得到m個最小生成樹;
[0014] 步驟3,從每個連通分量中找與執(zhí)行器節(jié)點關(guān)聯(lián)的權(quán)值最小的邊,與執(zhí)行器節(jié)點相 連接,得到執(zhí)行器節(jié)點的的m度約束最小生成樹;
[0015] 步驟4,當(dāng)k < m時,該樹不存在;
[0016] 當(dāng)k多m時,構(gòu)建m+1度約束最小生成樹,將與執(zhí)行器節(jié)點關(guān)聯(lián)的且不在當(dāng)前的樹 中的邊加入生成樹中;
[0017] 步驟5,加入的邊,會產(chǎn)生一個環(huán),刪掉該環(huán)中與執(zhí)行器節(jié)點不關(guān)聯(lián)的權(quán)值最大邊, 得到加入該邊后的最小生成樹,且是m+1度的最小生成樹;
[0018] 步驟6,枚舉步驟5的邊,找到權(quán)值最小生成樹,即是m+1度約束的最小生成樹;當(dāng) m+1度約束最小生成樹的值大于m度約束最小生成樹時,直接輸出當(dāng)前m度約束最小生成樹 即可;
[0019] 步驟7,重復(fù)步驟4、5、6,直至k = n時,則k度約束最小生成樹出現(xiàn)。
[0020] 本發(fā)明技術(shù)方案中使用度約束最小生成樹算法來計算面向消防的無線傳感器執(zhí) 行器網(wǎng)絡(luò)中執(zhí)行器節(jié)點和傳感器節(jié)點間的路由路徑,在保證網(wǎng)絡(luò)實時性,減少網(wǎng)絡(luò)能耗的 同時,還提升了網(wǎng)絡(luò)節(jié)點能量消耗的公平性。
【附圖說明】
[0021] 圖1為本發(fā)明一實施例,一種新型的面向消防的無線傳感器執(zhí)行器網(wǎng)絡(luò)分簇方法 中執(zhí)行器節(jié)點維諾分簇圖。
[0022] 圖2為本發(fā)明一實施例,一種面向消防的無線傳感器執(zhí)行器網(wǎng)絡(luò)路由方法中WSAN 某簇示意拓撲圖;
[0023] 圖3為本發(fā)明一實施例,一種面向消防的無線傳感器執(zhí)行器網(wǎng)絡(luò)路由方法中能量 模型中EACBR分區(qū)示意圖;
[0024] 圖4為本發(fā)明一實施例,一種面向消防的無線傳感器執(zhí)行器網(wǎng)絡(luò)路由方法中能量 模型中VDMST分區(qū)示意圖;
[0025] 圖5為本發(fā)明一實施例,一種面向消防的無線傳感器執(zhí)行器網(wǎng)絡(luò)路由方法中傳感 器節(jié)點剩余能量示意表;
[0026] 圖6為本發(fā)明一實施例,一種面向消防的無線傳感器執(zhí)行器網(wǎng)絡(luò)路由方法中執(zhí)行 器節(jié)點能量消耗表。
【具體實施方式】
[0027] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚,下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附 圖,對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述,顯然,所描述的實施例是本發(fā)明 一部分實施例,而不是全部的實施例?;诒景l(fā)明中的實施例,本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有 作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例,都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0028] 本實施例中提供了一種面向消防的無線傳感器執(zhí)行器網(wǎng)絡(luò)的路由方法。包括以下 步驟:
[0029] 確定執(zhí)行器節(jié)點數(shù)量和傳感器節(jié)點位置;
[0030] 利用加權(quán)維諾圖方法將面向消防的無線傳感器執(zhí)行器網(wǎng)絡(luò)分成多個簇;
[0031] 根據(jù)每個簇的拓撲信息,使用度約束最小生成樹計算路由路徑;
[0032] 每個簇均由一個執(zhí)行器節(jié)點和一組傳感器節(jié)點組成,執(zhí)行器節(jié)點之間相互交換剩 余能量信息,并把路由表和收到的能量信息發(fā)送給自己簇內(nèi)的每一個傳感器節(jié)點;
[0033] 簇內(nèi)的每一個傳感器節(jié)點都按照接收到的路由表向執(zhí)行器節(jié)點傳輸剩余能量信 息數(shù)據(jù)。
[0034] 在本實施例中,以d(a,b)代表點a和b之間的歐氏距離,在平面中我們可以得到:
^其中(ax,ay),(b x,by)分別為點a,b在二維空間中的橫縱坐 標(biāo)?
[0035] 令A(yù) = {AdA2, A3. . . AN}為2D監(jiān)控平面內(nèi)不同執(zhí)行器節(jié)點的集合, 這些節(jié)點可以看做維諾多邊形的生長中心。任給A為監(jiān)控區(qū)域內(nèi)一點,令
則為執(zhí)行器節(jié)點4的維諾多邊形。任 給A內(nèi)一執(zhí)行器節(jié)點~,就有一對應(yīng)的維諾多邊形顯而易見,整個執(zhí)行器節(jié)點的監(jiān) 控區(qū)域就是由這些維諾多邊形組成的,記為VA,則有
維諾多邊 形是由一個執(zhí)行器節(jié)點4和一組傳感器節(jié)點S= {SuSdS^.SJ組成,也就是面向消 防的無線傳感器執(zhí)行器網(wǎng)絡(luò)的一個維諾分簇。簇內(nèi)所有傳感器節(jié)點到執(zhí)行器節(jié)點Si的距 離比到其他任何一個執(zhí)行器節(jié)點都要小。圖1展示了一個典型的執(zhí)行器節(jié)點維諾分簇圖, 圖中用實心圓點來代表執(zhí)行器節(jié)點,周圍的多邊形區(qū)域就是維諾分簇。顯然的,當(dāng)執(zhí)行器節(jié) 點個數(shù)為n的時候,整個網(wǎng)絡(luò)被分割為n個維諾分簇,每一個的維諾分簇由一個執(zhí)行器節(jié)點 和一組傳感器節(jié)點組成,由執(zhí)行器節(jié)點作為簇頭,統(tǒng)籌管理簇內(nèi)傳感器節(jié)點來完成網(wǎng)絡(luò)任 務(wù)。維諾圖有兩個顯著的特點,第一個就是維諾分簇的個數(shù)隨執(zhí)行器節(jié)點數(shù)量的增加而線 性增加,并不復(fù)雜;第二個是局部動態(tài)特性,執(zhí)行器節(jié)點數(shù)目改變只對鄰近的維諾分簇產(chǎn)生 影響。
[0036] 圖1所示的只是最基本的一種情況,但是在實際應(yīng)用中,雖然起始階段執(zhí)行器節(jié) 點能量豐富,但是每個執(zhí)行器節(jié)點的操作和通信所耗費的能量是不一樣的,所以當(dāng)網(wǎng)絡(luò)運 行一定時間之后,每個執(zhí)行器節(jié)點的剩余能量可能有所不同;除此之外,由于執(zhí)行器節(jié)點硬 件上的差異,可能每個執(zhí)行器節(jié)點的執(zhí)行能力也并不相同。為了提升網(wǎng)絡(luò)公平性,需要統(tǒng) 籌安排執(zhí)行器節(jié)點的通信和操作行為。主要思想為,剩余能量較多的執(zhí)行器節(jié)點承擔(dān)較多 的通信任務(wù),并且結(jié)合執(zhí)行器節(jié)點本身執(zhí)行能力來決定每個執(zhí)行器節(jié)點負責(zé)操作區(qū)域的范 圍??紤]到執(zhí)行器節(jié)點的剩余能量和執(zhí)行能力,本實施例中提出了基于加權(quán)維諾圖對執(zhí)行 器節(jié)點進行分區(qū)的協(xié)議。
[0037] 在加權(quán)維諾圖中令A(yù) = 為2D監(jiān)控平面內(nèi)不同執(zhí)行器節(jié)點的集 合,為每個執(zhí)行器節(jié)點的剩余能量,er為每個執(zhí)行器節(jié)點的執(zhí)行能力,則加權(quán)維諾圖 可以表示為:
[0038]
記執(zhí)行器節(jié)點的加權(quán) 維諾圖為V/,則有
[0039] 在本實施例中,提出了一種面向能量有效性的無線傳感器執(zhí)行器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor and Actor Network) WSAN 協(xié)議,VDMST (Protocol based on weighted Voronoi diagram and Degree-constrained Minimum Spanning Tree),主要思想為