CN101951599B - 用于移动传感器网络的路径搜索方法 - Google Patents

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Abstract

一种无线通信技术领域的用于移动传感器网络的路径搜索方法，包括以下步骤：分别为每个无线传感器节点编号；节点进行路径信息的广播，且同时监听其它节点的路径信息，将接收到的路径信息加入该节点的路径候选列表；进行下一跳节点估计处理，得到节点的下一跳节点，将其中待发送的数据转发给下一跳节点；当在时间Δt内未接收到数据，则该节点进入休眠状态；从工作周期开始，经过工作周期间隔ΔT时间后，开始新的工作周期，直到应用结束。本发明针对只有一个接收节点的小规模、节点位置变化频繁的移动无线自组织传感器网络，采用分布式的路径维护方法，减少了路径寻找过程的复杂度，增加了对于路径变化的响应速度。

Description

用于移动传感器网络的路径搜索方法
技术领域
本发明涉及的是一种无线通信技术领域的方法，具体是一种用于移动传感器网络的路径搜索方法。
背景技术
随着无线传感器网络技术的飞速发展，无线传感器网络已经开始进入人们生产、生活的各个方面。由于它们有着体积小，重量轻，省电节能等等优点，为人们带来了巨大的便利。
但是也由于无线传感器网络的特殊性，它也有许多问题需要克服。体积小，重量轻，意味着无线传感器网络每个节点不可能拥有强大的运算能力，庞大的内存，故对于无线传感器网络的网络组织方法提出较高的要求，而网络组织的核心是路径搜索方法。伴随着网络的发展，各种各样的路径搜索方法被提出，用于解决从信号从一个节点通过若干其他节点到达另一个节点的过程。路径搜索方法对于组织网络来说是十分重要的，通过它，网络中不直接相连的节点才可以成功的传送数据到指定接收节点。
从现有技术文献的检索发现，现在较常用的有DSDV(节点序列距离矢量)，AODV(按需距离矢量)，DSR(动态源路由)等路径搜索方法。这些方法的提出主要是针对于有线网络或者是固定位置的无线网络，用于网络中任意两个节点之间进行连接建立、数据传送。这些节点连接拓扑结构变化缓慢，并且可以随时进行路径搜索工作。但是在无线传感器网络中，尤其是可移动的无线传感器网络，节点连接的拓扑结构变化迅速(节点移动或节点失效)，这些方法并不能有效建立路径。一般固定位置的传感器网络采用的是树状结构，普通的传感器节点(儿子节点)都是把数据发送到接收节点(根节点)，就是普通的传感器节点间相互传输也是通过根节点来交换的。而移动的传感器网络节点之间的拓扑结构变动非常大，无法使用固定的树状结构。而且无线传感器网络为了节约节点能量，需要周期性的休眠，从而无法随时建立路径搜索。以上种种问题导致上述路径搜索方法并不十分适合移动无线传感器网络的情况。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技本存在的上述不足，提供一种用于移动传感器网络的路径搜索方法。本发明针对只有一个接收节点的小规模、节点位置变化频繁的移动无线自组织传感器网络，采用分布式的路径维护方法，减少了路径寻找过程的复杂度，明显提高了路径变化的响应速度。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括以下步骤：
第一步，在只有一个接收节点的移动无线传感器网络中，分别为每个无线传感器节点编号。
第二步，每个无线传感器节点分别周期性的向该网络中此节点的邻居节点进行路径信息的广播，且同时在每个周期的路径发现时间t内监听其它节点广播的路径信息，将接收到的路径信息加入该节点的路径候选列表。
所述的路径发现时间t的取值范围是：0.05s-0.4s。
所述的路径信息包括：节点编号、该节点到接收节点的最小跳数和该节点中数据堆栈中的数据量。
第三步，经过路径发现时间t后，对节点i进行下一跳节点估计处理，得到节点i的下一跳节点是节点j，节点i将其中待发送的数据转发给节点j，节点i清空其路径候选列表，节点j将接收到的数据加入到其节点数据堆栈。
所述的下一跳节点估计处理，是：
1)去除节点i的路径候选列表I中到接收节点的最小跳数大于阈值G的节点，得到新的路径候选列表I′；
2)使用估计函数f(hopk，flowk)对路径候选列表I′中的所有节点进行比较，取其中min[f(hopk，flowk)]所对应的节点j作为节点i的下一跳节点，k和j都是路径候选列表I′中的节点。
所述的阈值G的取值范围是：5-10。
所述的估计函数f(hopk，flowk)，是：
f(hopk，flowk)＝hopk*M+flowk，
其中：hopk是节点k到接收节点的最小跳数，flowk是节点k数据堆栈中的数据量，M是正整数。
第四步，经过数据发送后，节点继续监听接收数据，当在时间Δt内未接收到数据时，则该节点进入休眠状态。
所述的时间Δt的取值范围是：0.1s-0.4s。
第五步，从工作周期开始，经过工作周期间隔ΔT时间后，开始新的工作周期，返回第二步，开始新一轮的搜索，直到应用结束。
所述的工作周期间隔ΔT的取值范围是：1s-10s。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：(i)采用分布式的路径搜索方法，不需要全部的路径信息就可以建立路径，可以适应快速的节点拓扑结构变更；(ii)路径维护是局部性的，维护开销小；(iii)定时维护路径，优化现有路径，平衡节点的吞吐量，减少中间节点跳数；(iv)传输路径近似为物理可达下的最优路径，最终本发明的能量消耗小、接收节点成功接收到的包数多、丢包率低、传输包经过更多中继节点不丢失。
附图说明
图1是分别采用本实施例方法和现有技术中的AODV方法得到的能量消耗对比示意图。
图2是分别采用本实施例方法和现有技术中的AODV方法得到的接收节点成功接收到的包数对比示意图。
图3是分别采用本实施例方法和现有技术中的AODV方法得到的丢包率的对比示意图。
图4是分别采用本实施例方法和现有技术中的AODV方法得到的平均传输包经过节点数(跳数)的对比示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例
本实施例的移动无线传感器网络环境参数如下：传输半径20米，工作周期间隔2.0秒，节点数为20个，路径广播包大小为50字节，数据包大小为100字节，发射功率为35.28毫瓦，接收功率为31.32毫瓦，传输速率为250k比特每秒，场景大小为60米×60米。
本实施例包括如下具体步骤：
第一步，在只有一个接收节点的移动无线传感器网络中，分别为每个无线传感器节点编号，其中：接收节点的编号为0，其余节点的编号依次为1、2、…、19。
第二步，每个无线传感器节点分别周期性的向该网络中此节点的邻居节点进行路径信息的广播，且同时在路径发现时间t(本实施例中t＝0.1s)内监听其它节点广播的路径信息，将接收到的路径信息加入该节点的路径候选列表。
所述的路径信息包括：节点编号、该节点到接收节点的最小跳数和该节点中数据堆栈中的数据量。
第三步，经过路径发现时间t后，对节点i进行下一跳节点估计处理，得到节点i的下一跳节点是节点j，节点i将其中待发送的数据转发给节点j，节点i清空其路径候选列表，节点j将接收到的数据加入到其节点数据堆栈。
所述的下一跳节点估计处理，是：
1)去除节点i的路径候选列表I中到接收节点的最小跳数大于阈值G(本实施例中G＝5)的节点，得到新的路径候选列表I′；
2)使用估计函数f(hopk，flowk)对路径候选列表I′中的所有节点进行比较，取其中min[f(hopk，flowk)]所对应的节点j作为节点i的下一跳节点，k和j都是路径候选列表I′中的节点。
本实施例中所述的估计函数f(hopk，flowk)，是：
f(hopk，flowk)＝hopk*100+flowk，
其中：hopk是节点k到接收节点的最小跳数，flowk是节点k数据堆栈中暂存的数据量。
第四步，经过数据发送后，节点继续监听接收数据，当在时间Δt(本实施例中Δt＝0.1s)内未接收到数据，则该节点进入休眠状态。
第五步，从上次工作周期开始时间，经过工作周期间隔ΔT(本实施例中ΔT＝2s)时间后，开始新的工作周期，返回第二步，开始新一轮的搜索，直至应用结束。
分别采用本实施例方法和现有技术中的AODV方法得到的能量消耗对比示意图如图1所示，由该图可知：本实施例方法的路径搜索消耗的能量较小。
分别采用本实施例方法和现有技术中的AODV方法得到的接收节点成功接收到的包数对比示意图如图2所示，由该图可知：本实施例方法的路径可以快速建立，系统稳定且数据到达数高；而现有技术的AODV方法在本实施例的应用环境下无法有效的建立数据通路。
分别采用本实施例方法和现有技术中的AODV方法得到的丢包率的对比示意图如图3所示，由该图可知：本实施例方法的丢包率明显小于现有技术中的AODV方法。
分别采用本实施例方法和现有技术中的AODV方法得到的平均传输包经过节点数(跳数)的对比示意图如图4所示，由该图可知：本实施例方法的跳数较大，这是由于本实施例方法的数据可以通过更多的中继节点来传递数据，即可以建立包含更多跳数的路径。

Claims (8)

1.一种用于移动传感器网络的路径搜索方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，在只有一个接收节点的移动无线传感器网络中，分别为每个无线传感器节点编号；
第二步，每个无线传感器节点分别周期性的向该网络中此节点的邻居节点进行路径信息的广播，且同时在每个周期的路径发现时间t内监听其它节点广播的路径信息，将接收到的路径信息加入该节点的路径候选列表；
第三步，经过路径发现时间t后，对节点i进行下一跳节点估计处理，得到节点i的下一跳节点是节点j，节点i将其中待发送的数据转发给节点j，节点i清空其路径候选列表，节点j将接收到的数据加入到其节点数据堆栈；
第四步，经过数据发送后，节点继续监听接收数据，当在时间Δt内未接收到数据，则该节点进入休眠状态；
第五步，从工作周期开始，经过工作周期间隔ΔT时间后，开始新的工作周期，返回第二步，开始新一轮的搜索，直到应用结束。
2.根据权利要求1所述的用于移动传感器网络的路径搜索方法，其特征是，第二步中所述的路径发现时间t的取值范围是：0.05s-0.4s。
3.根据权利要求1所述的用于移动传感器网络的路径搜索方法，其特征是，第二步中所述的路径信息包括：节点编号、该节点到接收节点的最小跳数和该节点中数据堆栈中的数据量。
4.根据权利要求1所述的用于移动传感器网络的路径搜索方法，其特征是，第三步中所述的下一跳节点估计处理，是：
1)去除节点i的路径候选列表I中到接收节点的最小跳数大于阈值G的节点，得到新的路径候选列表I′；
2)使用估计函数f(hopk，flowk)对路径候选列表I′中的所有节点进行比较，取其中min[f(hopk，flowk)]所对应的节点j作为节点i的下一跳节点，k和j都是路径候选列表I′中的节点。
5.根据权利要求4所述的用于移动传感器网络的路径搜索方法，其特征是，所述的阈值G的取值范围是：5-10。
6.根据权利要求4所述的用于移动传感器网络的路径搜索方法，其特征是，所述的估计函数f(hopk，flowk)，是：
f(hopk，flowk)＝hopk*M+flowk，
其中：hopk是节点k到接收节点的最小跳数，flowk是节点k数据堆栈中暂存的数据量，M是正整数。
7.根据权利要求1所述的用于移动传感器网络的路径搜索方法，其特征是，第四步中所述的时间Δt的取值范围是：0.1s-0.4s。
8.根据权利要求1所述的用于移动传感器网络的路径搜索方法，其特征是，第五步中所述的工作周期间隔ΔT的取值范围是：1s-10s。
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