CN101489317A - 一种能量有效的无线传感反应网络容错数据传输方法 - Google Patents

一种能量有效的无线传感反应网络容错数据传输方法 Download PDF

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Abstract

一种能量有效的无线传感反应网络容错数据传输方法，属于网络技术领域。无线传感反应网络包括传感节点和反应节点。传输方法包括位置信息交换、接收数据的反应节点选择、路由组播树建立和数据传输四个阶段。传感节点由传感器、微处理器、无线收发模块、GPS模块和电源模块组成，对周边事件的信息进行采集，并将采集到的数据发送给反应节点。反应节点由反应装置、微处理器、无线收发模块、GPS模块和电源模块组成，接收传感节点发送的数据并进行处理，通过反应装置对事件做出相应的处理。本发明提出的传感节点发送数据到反应节点的数据传输方法在提高网络容错能力的同时，改善了系统的能量有效性，很好地满足无线传感反应网络对数据传输的要求。

Description

一种能量有效的无线传感反应网络容错数据传输方法
技术领域：
本发明涉及一种能量有效的无线传感反应网络容错数据传输方法，属于网络技术领域。
背景技术：
无线传感反应网络是一种新兴的自组织网络，由大量的传感节点和少量的反应节点组成。传感节点运用传感器对周边事件的信息进行采集，并将采集到的数据发送给反应节点；反应节点对接收到的数据进行处理，并通过反应装置对事件进行相应的处理。无线传感反应网络不仅可以对事件的信息进行采集，还可以对事件进行处理，所以近年来受到广泛关注，有着重要的应用前景。
无线传感反应网络里的传感节点采用电池供电，电池容量很小，而且常常布置在野外或敌对的环境里，人们无法为节点充电或更换电池，一旦电池用完，节点就失去了作用。这就要求在网络运行过程中，每个传感节点都要使自身能耗最小，以获得更长的工作寿命。所以能量有效性是无线传感反应网络的一个重要要求。此外，无线传感反应网络里的反应节点由于部署的环境恶劣，容易在行动过程中受到攻击或阻碍，无法继续对事件进行处理而导致失效。一旦正在处理事件的反应节点失效，传感节点再选择其它的反应节点并向其发送事件的信息就要花费相当长的时间，导致事件得不到及时处理，引发灾难性后果。所以无线传感反应网络还要具备容错性能。综上所述，能量有效性和容错性能是无线传感反应网络的主要性能指标，但是目前在无线传感反应网络领域内提出的传感节点发送数据到反应节点的数据传输方法只考虑了其中的一项指标，不能够很好的满足网络的要求。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种能量有效的无线传感反应网络容错数据传输方法，在提高网络容错能力的同时，保持系统的能量有效性，满足无线传感反应网络的要求。
为了达到上述发明目的，无线传感反应网络里的传感节点发送数据时选择多个反应节点做数据接收者，并构造从传感节点到这些反应节点的路由组播树，之后传感节点沿路由组播树将数据发送到这些反应节点。
路由组播树是以发送数据的传感节点为根节点，以接收数据的反应节点为叶子节点的树形路由结构，构造路由组播树的思想是令组播树上的链路的个数最少，即
Figure A200910014705D00041
的值最小，其中，N是网络里所有节点的集合，i和j是网络里的节点，Pij是一个二元变量，当连接节点i和节点j的链路在组播树上时值为1，否则为0。
传感节点由传感器、微处理器、无线收发模块、GPS模块和电源模块组成，对周边事件的信息进行采集，并将采集到的数据发送给反应节点。
反应节点由反应装置、微处理器、无线收发模块、GPS模块和电源模块组成，接收传感节点发送的数据并进行处理，通过反应装置对事件做出相应的处理。
一种能量有效的无线传感反应网络容错数据传输方法，包括位置信息交换、接收数据的反应节点选择、路由组播树建立和数据传输四个阶段，其中：
(1)位置信息交换：传感节点和反应节点分别通过GPS模块获得自己的位置信息，传感节点周期性地向邻居节点发送自己的位置信息，反应节点周期性地在全网范围内发送自己的位置信息，具体步骤如下：
1)所有传感节点在自己的通信范围内周期性地发送自己的位置信息，每个传感节点获得邻居节点的位置信息；
2)所有反应节点在全网范围内周期性地发送自己的位置信息，传感节点即获得所有反应节点的位置信息；
(2)接收数据的反应节点选择：发送数据的传感节点为源节点，源节点根据接收到的所有反应节点的位置信息，选择离自己最近的N个反应节点作数据接收者，其中N≥2，并把自己的位置信息发送给这些反应节点，具体步骤如下：
1)源节点根据接收到的所有反应节点的位置信息，计算出自己与所有反应节点之间的距离，选择距离最近的N个反应节点做数据接收者，其中N≥2；
2)对于每一个作为数据接收者的反应节点，源节点首先查看其是否属于自己的邻居节点，如果是，就直接把自己的位置信息发送给它；否则就从自己的邻居节点中选择距离此反应节点最近的节点进行转发，进行转发的节点重复上述过程，直至把源节点的位置信息发送给这个作为数据接收者的反应节点；
(3)路由组播树建立：
1)接收到源节点的位置信息的反应节点确定自己是源节点的数据接收者，在自己的通信范围内将自己的位置信息和源节点的位置信息进行发送；
2)传感节点接收到多个反应节点发送的信息时向这些反应节点发送自己的位置信息，否则就不发送；
3)当反应节点接收到多个传感节点发来的位置信息时，从中选择离源节点最近的传感节点做自己的父节点，将源节点的位置信息发送给它；当反应节点只接收到1个传感节点发来的位置信息时，就选择该传感节点做自己的父节点，将源节点的位置信息发送给它；如果反应节点没有收到传感节点的信息，就从自己的邻居节点范围内选择距离源节点最近的节点做自己的父节点，将源节点的位置信息发送给它；
4)这些父节点重复步骤1)～3)，确定自己的父节点，直至源节点接收到自己的位置信息，确定自己为路由组播树的根节点，路由组播树建立完成；
(4)数据传输：路由组播树建立之后，源节点将检测到的事件信息的数据沿路由组播树发送到进行数据接收的N个反应节点，其中N≥2。
所述的传感器，根据不同的事件现场确定，如火灾现场为温度传感器。
所述的反应装置，根据不同的事件现场确定，如火灾现场为灭火设备。
所述的微处理器、无线收发模块、GPS模块和电源模块都是现有通用装置。
仿真实验证明，本发明所提供的数据传输方法具有以下有益效果：
1、传感节点将数据发送给多个反应节点，大大提高了整个网络的容错能力。
2、通过建立路由组播树，大大减少了数据传输过程所消耗的能量，提高了网络的能量有效性。
附图说明：
图1是本发明提供的一种能量有效的无线传感反应网络容错数据传输方法的阶段示意图。
图2是在部署在事件区域内的一个随机无线传感反应网络的示意图。
图3是在这个随机的无线传感反应网络，传感节点将数据发送到三个反应节点时构造的路由组播树的示意图。
图4是传感节点结构示意图。
图5是反应节点结构示意图。
其中，1、传感器，2、传感节点微处理器，3、传感节点无线收发模块，4、传感节点电源模块，5、反应装置，6、反应节点微处理器，7、反应节点无线收发模块，8、反应节点电源模块，9、GPS模块。
具体实施方式
实施例：在事件区域内随机布置大量的传感节点和少量反应节点，形成如图2所示的无线传感反应网络。根据图1，一种能量有效的无线传感反应网络容错数据传输方法，包括位置信息交换、接收数据的反应节点选择、路由组播树建立和数据传输四个阶段：
(1)位置信息交换：传感节点和反应节点分别通过GPS模块获得自己的位置信息，所有传感节点在自己的通信范围内周期性地发送自己的位置信息，每个传感节点获得邻居节点的位置信息；所有反应节点在全网范围内周期性地发送自己的位置信息，传感节点即获得所有反应节点的位置信息。
(2)接收数据的反应节点选择：
1)传感节点s有数据进行发送，就根据接收到的所有反应节点的位置信息，计算出自己与所有反应节点之间的距离，从中选择距离最近的3个反应节点做数据接收者；
2)对于每一个作为数据接收者的反应节点，传感节点s首先查看其是否属于自己的邻居节点，如果是，就直接把自己的位置信息发送给它；否则就从自己的邻居节点中选择距离此反应节点最近的节点进行转发，进行转发的节点重复上述过程，直至把传感节点s的位置信息发送给这个作为数据接收者的反应节点。
(3)路由组播树建立：建立以传感节点s为根节点，以接收数据的反应节点为叶子节点的路由组播树，具体步骤如下：
1)接收到传感节点s的位置信息的反应节点确定自己是传感节点s的数据接收者，在自己的通信范围内将自己的位置信息和传感节点s的位置信息进行发送；
2)传感节点接收到多个反应节点发送的信息时向这些反应节点发送自己的位置信息，否则就不发送；
3)当反应节点接收到多个传感节点发来的位置信息时，从中选择离传感节点s最近的传感节点做自己的父节点，将传感节点s的位置信息发送给它；当反应节点只接收到1个传感节点发来的位置信息时，就选择该传感节点做自己的父节点，将传感节点s的位置信息发送给它；如果反应节点没有收到传感节点的信息，就从自己的邻居节点范围内选择距离传感节点s最近的节点做自己的父节点，将传感节点s的位置信息发送给它；
4)这些父节点重复步骤1)～3)，确定自己的父节点，直至传感节点s接收到自己的位置信息，确定自己为路由组播树的根节点，路由组播树建立完成，如图3所示。
(4)数据传输：路由组播树建立之后，传感节点s将检测到的事件信息的数据沿路由组播树发送到进行数据接收的3个反应节点。

Claims (3)

1、一种能量有效的无线传感反应网络容错数据传输方法，包括位置信息交换、接收数据的反应节点选择、路由组播树建立和数据传输四个阶段，其特征在于，传输方法如下：
(1)位置信息交换：传感节点和反应节点分别通过GPS模块获得自己的位置信息，传感节点周期性地向邻居节点发送自己的位置信息，反应节点周期性地在全网范围内发送自己的位置信息，具体步骤如下：
1)所有传感节点在自己的通信范围内周期性地发送自己的位置信息，每个传感节点获得邻居节点的位置信息；
2)所有反应节点在全网范围内周期性地发送自己的位置信息，传感节点即获得所有反应节点的位置信息；
(2)接收数据的反应节点选择：发送数据的传感节点为源节点，源节点根据接收到的所有反应节点的位置信息，选择离自己最近的N个反应节点作数据接收者，其中N≥2，并把自己的位置信息发送给这些反应节点，具体步骤如下：
1)源节点根据接收到的所有反应节点的位置信息，计算出自己与所有反应节点之间的距离，选择距离最近的N个反应节点做数据接收者，其中N≥2；
2)对于每一个作为数据接收者的反应节点，源节点首先查看其是否属于自己的邻居节点，如果是，就直接把自己的位置信息发送给它；否则就从自己的邻居节点中选择距离此反应节点最近的节点进行转发，进行转发的节点重复上述过程，直至把源节点的位置信息发送给这个作为数据接收者的反应节点；
(3)路由组播树建立：
1)接收到源节点的位置信息的反应节点确定自己是源节点的数据接收者，在自己的通信范围内将自己的位置信息和源节点的位置信息进行发送；
2)传感节点接收到多个反应节点发送的信息时向这些反应节点发送自己的位置信息，否则就不发送；
3)当反应节点接收到多个传感节点发来的位置信息时，从中选择离源节点最近的传感节点做自己的父节点，将源节点的位置信息发送给它；当反应节点只接收到1个传感节点发来的位置信息时，就选择该传感节点做自己的父节点，将源节点的位置信息发送给它；如果反应节点没有收到传感节点的信息，就从自己的邻居节点范围内选择距离源节点最近的节点做自己的父节点，将源节点的位置信息发送给它；
4)这些父节点重复步骤1)～3)，确定自己的父节点，直至源节点接收到自己的位置信息，确定自己为路由组播树的根节点，路由组播树建立完成；
(4)数据传输：路由组播树建立之后，源节点将检测到的事件信息的数据沿路由组播树发送到进行数据接收的N个反应节点，其中N≥2。
2、如权利要求1所述的一种能量有效的无线传感反应网络容错数据传输方法，其特征在于，所述的传感节点由传感器、微处理器、无线收发模块、GPS模块和电源模块组成，对周边事件的信息进行采集，并将采集到的数据发送给反应节点。
3、如权利要求1所述的一种能量有效的无线传感反应网络容错数据传输方法，其特征在于，所述的反应节点由反应装置、微处理器、无线收发模块、GPS模块和电源模块组成，接收传感节点发送的数据并进行处理，通过反应装置对事件做出相应的处理。
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