CN102724730A - 一种无线传感器网络基于数据融合的多径路由方法及装置 - Google Patents

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CN102724730A CN2012102369365A CN201210236936A CN102724730A CN 102724730 A CN102724730 A CN 102724730A CN 2012102369365 A CN2012102369365 A CN 2012102369365A CN 201210236936 A CN201210236936 A CN 201210236936A CN 102724730 A CN102724730 A CN 102724730A
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Abstract

本发明提供了一种无线传感器网络基于数据融合的多径路由方法及装置，通过先确定传感器网络中事件范围内的源节点，接着选择合适的源节点作为数据聚合节点并进行数据聚合，然后当数据聚合完毕后，开始构建多径路由，并通过数据聚合节点沿构建的路径发送聚合后的数据，最终，数据发送后，将依据路由恢复策略进行修复及分析，本方案在源节点发送数据包之前进行数据聚合操作，为事件触发型传感器网络模型提供了节能、健壮的路由策略，一定程度上延长了无线传感网器的寿命。

Description

一种无线传感器网络基于数据融合的多径路由方法及装置
技术领域
本发明涉及信息控制技术领域，特别涉及一种无线传感器网络基于数据融合的多径路由方法及装置。
背景技术
随着科学技术的不断发展，最大化节省能量，提高能量效率一直以来就是无线传感器网络（WSN）致力解决的关键问题。目前，在与WSN有关的研究领域，已经产生了一些与提高能量效率为目标的路由协议，它们主要是通过极小化节点用于路径搜索的时间来降低能量消耗，而这也是节点能量使用效率低下的主要原因所在。这些协议通常可划分为两类：基于地址的路由协议(Address-Centric，简称AC)和基于数据的路由协议(Data CentricProtocol，简称DC)。
在事件驱动模型下，DC算法的路由过程如下所示：首先，事件发生，确定事件驱动半径L，在驱动半径L范围内的节点将作为源节点产生此事件的相关数据包；接着，根据CNS策略，在源节点中选择一节点作为聚合节点，其它源节点将数据发送给此聚合节点；然后，聚合节点根据最短路径路由算法，将汇聚后的信息发送给sink节点。
传统的基于路由角的地址中心路由AAC(Angle-based AC)的提出主要是为了达到网络负载的均衡，且提供一定的容错性、可靠性。由于源节点独立的把采集到的数据发给sink节点，每一个中转节点都有一个路由角和相应的路由集。一旦收到发过来的感知数据，中转节点将在自己的路由集中选择一个节点作为下一跳，直到数据最终到达目的节点sink。
整体而言，DC算法没有考虑负载和能耗的均衡，AAC算法没有考虑数据聚合以消除冗余数据，降低数据转发次数。
针对现有技术中存在的问题，如何在数据聚合中消除冗余数据，降低数据转发次数构成为了无线传感器数据聚合设计的重点，本方案提出一种无线传感器网络基于数据融合的多径路由方法及装置是信息控制技术领域目前急待解决的问题之一。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提出了一种无线传感器网络基于数据融合的多径路由方法及装置，通过先确定传感器网络中事件范围内的源节点，接着选择合适的源节点作为数据聚合节点并进行数据聚合，然后当数据聚合完毕后，开始构建多径路由，并通过数据聚合节点沿构建的路径发送聚合后的数据，最终，数据发送后，将依据路由恢复策略进行修复及分析，本方案在源节点发送数据包之前进行数据聚合操作，为事件触发型传感器网络模型提供了节能、健壮的路由策略，一定程度上延长了无线传感网器的寿命。
为解决上述技术问题，本发明实施例的目的是通过以下技术方案实现的：
一种无线传感器网络基于数据融合的多径路由方法，包括：
一种无线传感器网络基于数据融合的多径路由方法，包括：
步骤一、确定传感器网络中事件范围内的源节点；
步骤二、选择合适的源节点作为数据聚合节点并进行数据聚合；
步骤三、当数据聚合完毕后，开始构建多径路由；
步骤四、数据聚合节点沿构建的路径发送聚合后的数据；
步骤五、数据发送后，将依据路由恢复策略进行修复及分析。
优选的，上述步骤一中，进一步的包括在事件范围内确定源节点，并将定义感应数据传输的时间间隔。
优选的，上述步骤二中，进一步包括，所有源节点都将数据信息直接发送给数据聚合点，由聚合节点将汇聚后的数据包传送至sink，如公式(1)所示：
B(aggr)＝B(vk)+B(v1)×[1-BD(v1,vk)]+B(v2)（1)
×[1-RD(v2,vk)]+...+B(vk-1)×[1-RD(v1,vk)]
其中，B(Vi)是源节点Vi产生的数据包大小，BD(Vi，Vj)是节点Vi和Vj间的数据冗余度，V1，...,Vi，...,Vj，...,Vk∈S，Vk是数据聚合节点，B(aggr)是汇集后的数据包大小。
优选的，上述步骤二中，是选择离sink最近的源节点作为数据聚合节点。
优选的，上述步骤三中，数据聚合完成后，数据聚合节点根据给定的路由角θvi从路由集WVi中选择作为下一跳节点，为了平衡负载，选择多个下一跳节点形成多径路由，此后，在每条路径上只能从WVi中选择一个节点作为中转节点，最后形成到sink节点的多条路径。
优选的，上述路由角为传感网某一节点根据自己和sink的位置信息，确定一个以自己和sink的连线为角平分线的锐角。
优选的，上述路由集为对于任意非sink节点，一旦它的路由角确定，则在该节点传输半径内位于路由角中的所有节点构成该节点的路由集。
优选的，上述步骤三中，进一步包括选定了聚合节点，当其它源节点的数据在聚合节点聚合完毕后，就开始构建多径路由，路径的个数取决于聚合点初始选择的下一跳节点的个数。
优选的，上述步骤三中，进一步包括，当路径选定后，在路径上的中转节点则依据节点负载和能量情况进行下一跳的选择，依据负载和能量为依据进行选取。
优选的，上述步骤四中，进一步包括聚合节点沿多条路径发送聚合后的数据，最终此数据包沿多条路径被传送至sink。
优选的，上述步骤五中，当所有事件驱动范围内的数据包都被传送给sink后，将计算网络中节点的生存时间和剩余能量，并分析其能耗、数据吞吐量和网络生命周期。
一种无线传感器网络基于数据融合的多径路由装置，包括确定单元、选择单元、构建单元、发送单元及分析单元，通过先确定传感器网络中事件范围内的源节点，接着选择合适的源节点作为数据聚合节点并进行数据聚合，然后当数据聚合完毕后，开始构建多径路由，并通过数据聚合节点沿构建的路径发送聚合后的数据，最终，数据发送后，将依据路由恢复策略进行修复及分析。
优选的，上述确定单元用于确定传感器网络中事件范围内的源节点。
优选的，上述选择单元用于选择合适的源节点作为数据聚合节点并进行数据聚合。
优选的，上述构建单元用于当数据聚合完毕后，开始构建多径路由。
优选的，上述发送单元用于数据聚合节点沿构建的路径发送聚合后的数据。
优选的，上述分析单元用于数据发送后，将依据路由恢复策略进行修复及分析。
综上所述，本发明提供了一种无线传感器网络基于数据融合的多径路由方法及装置，通过先确定传感器网络中事件范围内的源节点，接着选择合适的源节点作为数据聚合节点并进行数据聚合，然后当数据聚合完毕后，开始构建多径路由，并通过数据聚合节点沿构建的路径发送聚合后的数据，最终，数据发送后，将依据路由恢复策略进行修复及分析，本方案在源节点发送数据包之前进行数据聚合操作，为事件触发型传感器网络模型提供了节能、健壮的路由策略，一定程度上延长了无线传感网器的寿命。
附图说明
图1为本发明一种无线传感器网络基于数据融合的多径路由方法示意图；
图2为本方案DFMR算法的网络模型示意图；
图3为本方案路由角和路由集示意示意图；
图4本发明一种无线传感器网络基于数据融合的多径路由装置示意图。
具体实施方式
本发明实施例提供的一种无线传感器网络基于数据融合的多径路由方法及装置，通过先确定传感器网络中事件范围内的源节点，接着选择合适的源节点作为数据聚合节点并进行数据聚合，然后当数据聚合完毕后，开始构建多径路由，并通过数据聚合节点沿构建的路径发送聚合后的数据，最终，数据发送后，将依据路由恢复策略进行修复及分析，本方案在源节点发送数据包之前进行数据聚合操作，为事件触发型传感器网络模型提供了节能、健壮的路由策略，一定程度上延长了无线传感网器的寿命。
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。
“数据融合”技术被广泛的运用于传感器网络中。由于传感器采集的数据通常是小报文段数据，每个传感节点采集的数据不进行合并而直接发给sink节点将需要过多的数据转发次数。而在路由操作中，耗能最大的就是数据的转发。所以，为了有效地减少数据转发次数，达到节能的目的，通常采用数据聚合的方法，将小数据包合并成较大的数据包后再一起发送。例如：中心近源法CNS,最短路径树SPT和贪婪递增树GIT。它们给出了在传感器网络中如何构造近似最优的数据聚合树的方法。
基于AC的算法中，各传感节点独立地计算到Sink的最短路径，然后沿最短路径传输数据给Sink。若匹配兴趣的源节点假设分别为Source1和Source2，用Dijkstra算法计算到Sink的最短路径，然后沿这些路径传输数据到Sink。而基于DD模型，传感网络中的节点不采用地址作为标识ID，而是以结点可以提供的数据作为寻址依据。其代表算法DC，其中Source1和Source2传输的数据首先在节点V3聚合，然后传输给Sink，显然这种方法可以减少数据的传输次数(因此节约节点的能耗)。
本发明的主要思路为：提出了一种无线传感器网络基于数据融合的多径路由方法及装置来提高网络性能。该方法综合了数据聚合的数据中心路由和基于角度的多径路由的优点，为事件触发型传感器玩了过模型提供了节能、健壮的路由策略，很多程度上延长了网络寿命，该协议可应用于ad hoc网络、无线传感器网络、无线通信等领域。此外，本方案有效克服传统无线传感器网络路由算法设计上的不足，通过增加汇聚节点数据聚合能力来使节点间的数据传送量进一步降低，节省了能量；在选取路由下一跳节点的过程中，考虑节点负载量、距离SINK的距离和节点能量水平等因素，来平衡负载和节点能量均衡，从而在没有明显增加资源负荷的基础上极大的延长整个网络的生命周期。
本发明实施例提供一种无线传感器网络基于数据融合的多径路由方法，如图1所示，具体步骤包括：
步骤一、确定传感器网络中事件范围内的源节点；
具体而言，在本发明实施例中，在无线传感器网络中事件发生，将在事件范围内确定源节点，sink节点预先定义感应数据传输的时间间隔。
其中，本方案中，假设节点传输半径为R，在网络拓扑结构G中，一组节点集S的直径Z定义
Figure BDA00001867242500061
是任意两节点间最短距离中的最大值，其中D(Vi，Vj)是从Vi到Vj的最小跳数。假设感应区域内有k个源节点，节点Vi和Vj均属于S，它们之间的距离定义为d((Vi，Vj)，数据冗余度用RD(Vi，Vj)表示，且RD(Vi，Vj)=[1-d((Vi，Vj)/2L]*100%，L是感应半径。
步骤二、选择合适的源节点作为数据聚合节点并进行数据聚合；
具体而言，在本发明实施例中，假设节点传输半径为R，其一，如果事件驱动半径L≥R，从源节点到数据聚合点至少需要一跳，传送数据采用最短路径路由且数据在到达指定的聚合点前可进行聚集；
其二，如果L＜R，则从源节点到数据聚合点仅需一跳，数据将直接被传送到聚合点消除冗余；
此外，在数据聚合过程中，负载过重会导致聚合点的当前能量Ecur≤Ewar，算法将会从剩下的源节点中选择离sink最近且能量值大于门限值的节点作为新的聚合点。
即，在事件产生区，DFMR算法在源节点向sink发送数据包之前，必须进行数据聚合操作。
进一步的，在本方案中，通过DFMR协议，所有的源节点都将数据信息直接发送给数据聚合点，由聚合节点将汇聚后的数据包传送至sink，根据如下公式(1)可知，该过程可在很大程度上消除数据冗余。
B(aggr)＝B(vk)+B(v1)×[1-RD(v1,vk)]+B(v2)（1）
×[1-RD(v2,vk)]+...+B(vk-1)×[1-RD(v1,vk)]
其中，B(Vi)是源节点Vi产生的数据包大小，RD(Vi，Vj)是节点Vi和Vj间的数据冗余度，V1，...,Vi，...,Vj，...,Vk∈S，Vk是数据聚合节点，B(aggr)是汇集后的数据包大小。当聚合点的能量低于警告门限时，即被多个源节点中能量较高的、且离sink较近的节点代替。由于DC路由协议中采用理想的数据聚合算法是个NP问题，决定采用在理想机制CNS解决，即选择离sink最近的源节点作为数据聚合节点。
步骤三、当数据聚合完毕后，开始构建多径路由；
具体而言，在本发明实施例中，数据聚合完成后，数据聚合节点根据给定的路由角θvi从WVi中选择作为下一跳节点，为了平衡负载，选择多个下一跳节点形成多径路由，此后，在每条路径上只能从WVi中选择一个节点作为中转节点，最后形成到sink节点的多条路径。
其中，在本方案中，路由角为传感网某一节点根据自己和sink的位置信息，确定一个以自己和sink的连线为角平分线的锐角。
路由集为对于任意非sink节点，一旦它的路由角确定，则在该节点传输半径内位于路由角中的所有节点构成该节点的路由集。
图2为本方案DFMR算法的网络模型示意图；
图3为本方案路由角和路由集示意示意图，其中Vi对应的路由角即为SITA(Vi),路由集即为路由角内部的几个邻居节点WVi＝{3,4,5}。
DFMR算法一旦选定了聚合节点，当其它源节点的数据在聚合节点聚合完毕后，就开始构建多径路由，路径的个数取决于聚合点初始选择的下一跳节点的个数。路径选定后，在路径上的中转节点则依据节点负载和能量情况进行下一跳的选择，选取负载最轻，能量最大的节点。即，在本方案中，DFMR采用了基于角度的多路径路由算法。传统的基于角度的多径路由提出主要是为了达到网络负载的均衡，且提供一定的容错性、可靠性。而DFMR算法在传统基于角度的多径路由算法基础上，进一步引入了数据聚合能力，即节点在进行数据传送前，必须进行数据聚合。DFMR算法一旦选定了聚合节点，当其他源节点的数据在聚合节点聚合完毕后，就开始构建多径路由，路径的个数取决于聚合点初始选择的下一跳节点的个数。路径选定后，在路径上的中转节点则依据节点负载和能量情况进行下一跳的选择，选取负载最轻，能量最大的节点，即依据负载和能量为依据进行选取。
因此，本方案可通过传输足够数量的原始数据包给sink节点，传输完毕后，比较存活的节点数目来验证。由于DFMR算法无论是在聚合阶段还是在数据传输阶段，都很注重网内每个节点能耗的均衡。故使得网内分割现象推迟，从而整个网络的寿命得以延长。实验也能证明：采用DFMR算法时，网络的寿命比采用AAC或DC算法更长。
步骤四、数据聚合节点沿构建的路径发送聚合后的数据；
具体而言，在本发明实施例中，聚合节点沿多条路径发送聚合后的数据，最终此数据包沿多条路径被传送至sink。其中，如果聚合节点Ecur≤Ewar，将被其它源节点代替，同时算法会依据路由角重构路由，另外，可根据路由表中的历史信息加速路由的形成；如果中间的转发节点Ecur≤Ewar，将选择另一个下一跳节点，更换的频率主要取决于能量因子的大小。
此外，在本方案中，网络中每个节点都有相同的能量初值Eini(节点可支持的数据次数)，定义能量警告门限Ewar＝ηEini(0＜η＜1)为节点执行一定量数据转发后的剩余转发次数。当节点当前能量值Ecur低于这个门限值时，将停止转发数据并提醒邻居节点寻找其它有效节点代替自己进行数据转发。参数η作为能量因子在数据汇集和路由选择中起一定的作用。
进一步的，在本方案中，如果有多个数据包需要汇集且所有的源节点都至少暂停聚合过一次，那么在选择新的聚合点时还需考虑节点的Q(Vi)值。这种聚合思想可以显著提高网络的生命周期。考虑到在半径Z足够大的情况下，数据信可以在到达汇聚点前进行汇集。
因此，本方案可通过传输足够数量的原始数据包给sink节点，传输完毕后，比较存活的节点数目来验证。由于DFMR算法无论是在聚合阶段还是在数据传输阶段，都很注重网内每个节点能耗的均衡。故使得网内分割现象推迟，从而整个网络的寿命得以延长。实验也能证明：采用DFMR算法时，网络的寿命比采用AAC或DC算法更长。
由于传输一定量的原始数据包所需的总的能量。通过传输数据包所需要的总的转发次数来衡量，是评价传感网路由算法性能的重要指标。通过有效的数据聚合算法，DFMR算法的数据包转发次数相比AAC，有极大的减少。现有之DC算法所需的转发次数值接近DFMR算法的值，但是当冗余数据被汇聚成一个大的数据包后，数据包的大小很可能超过单条路径所能承受的负载。
步骤五、数据发送后，将依据路由恢复策略进行修复及分析。
具体而言，在本发明实施例中，当所有事件驱动范围内的数据包都被传送给sink后，计算网络中节点的生存时间和剩余能量，并分析其能耗、数据吞吐量和网络生命周期等。
进一步的，在本方案中，如果在数据传输过程中有节点耗能过多而失效，可以采用如下路由恢复策略来进行路径局部更改和修复。当源节点在其路由集中选择3个节点作为下一跳，从而初始化三条不相交路径。每条路径上各节点选择下一跳是根据其路由集中节点的负载决定的。一旦某路径上有节点（假设为S2）失效，则它的上一跳节点（假设为S1）会根据路由恢复策略选择节点X作为新的下一跳，通过局部路径修复保证数据传输的连续性。从而，网络内节点密度越大，每个节点的路由角越大，在节点失效时可以提供越高的可靠性。
如选取替换节点的方法除了考虑路由集中节点的负载之外，还要考虑其剩余能量和暂停次数。通常选取路由集中负载最轻、剩余能量最多且暂停次数最小的节点作为路由替代节点。其中，在本方案中，定义Q(Vi)为Vi的暂停次数，Vi可以网络中的任意节点。一旦Vi的当前能量值低于能量警告门限，Q(Vi)的值加1，此值会影响聚合节点的重选和路由重建。
由于路由如果在数据传输过程中有节点耗能过多而失效，有专门的路由恢复策略来进行路径局部更改和修复，故可以使算法具有足够的健壮性。
因此，本方案针对无线通信任务的很大一部分能量浪费在数据传送过程之情况，目前的路由协议多数采用了数据聚合策略，常见的聚合算法有对多个输入取最大值、最小值或平均值等等。因为理想的数据聚合算法时隔NP问题，为了获取比较实用的结果，本方案采用了次理想机制的中心近源法（CNS）,即选择离sink最近的源节点作为数据聚合节点。从而使得算法比较简单，可行。并且具有较好的稳定性和可行性，实验证明，其数据聚合效率较高。并且在进行数据传送时，现有路由协议多采用基于地址或数据的路由算法。
另外，本发明实施例还提供了一种无线传感器网络基于数据融合的多径路由装置。如图4所示，为本发明实施例提供的一种无线传感器网络基于数据融合的多径路由装置示意图。
一种无线传感器网络基于数据融合的多径路由装置，包括确定单元11、选择单元22、构建单元33、发送单元44及分析单元55。
确定单元11，用于确定传感器网络中事件范围内的源节点；
具体而言，在本发明实施例中，在无线传感器网络中事件发生，将在事件范围内确定源节点，sink节点预先定义好感应数据传输的时间间隔。
其中，本方案中，假设节点传输半径为R，在网络拓扑结构G中，一组节点集S的直径Z定义是任意两节点间最短距离中的最大值，其中D(Vi，Vj)是从Vi到Vj的最小跳数。假设感应区域内有k个源节点，节点Vi和Vj均属于S，它们之间的距离定义为d((Vi，Vj)，数据冗余度用RD(Vi，Vj)表示，且RD(Vi，Vj)=[1-d((Vi，Vj)/2L]*100%，L是感应半径。
选择单元22，用于选择合适的源节点作为数据聚合节点并进行数据聚合；
具体而言，在本发明实施例中，假设节点传输半径为R，其一，如果事件驱动半径L≥R，从源节点到数据聚合点至少需要一跳，传送数据采用最短路径路由且数据在到达指定的聚合点前可进行聚集；
其二，如果L＜R，则从源节点到数据聚合点仅需一跳，数据将直接被传送到聚合点消除冗余；
此外，在数据聚合过程中，负载过重会导致聚合点的当前能量Ecur≤Ewar，算法将会从剩下的源节点中选择离sink最近且能量值大于门限值的节点作为新的聚合点。
即，在事件产生区，DFMR算法在源节点向sink发送数据包之前，必须进行数据聚合操作。
进一步的，在本方案中，通过DFMR协议，所有的源节点都将数据信息直接发送给数据聚合点，由聚合节点将汇聚后的数据包传送至sink，根据如下公式(1)可知，该过程可在很大程度上消除数据冗余。
B(aggr)＝B(vk)+B(v1)×[1-RD(v1,vk)]+B(v2)（1）
×[1-RD(v2,vk)]+...+B(vk-1)×[1-RD(v1,vk)]
其中，B(Vi)是源节点Vi产生的数据包大小，RD(Vi，Vj)是节点Vi和Vj间的数据冗余度，V1，...,Vi，...,Vj，...,Vk∈S，Vk是数据聚合节点，B(aggr)是汇集后的数据包大小。当聚合点的能量低于警告门限时，即被多个源节点中能量较高的、且离sink较近的节点代替。由于DC路由协议中采用理想的数据聚合算法是个NP问题，决定采用在理想机制CNS解决，即选择离sink最近的源节点作为数据聚合节点。
构建单元33，用于当数据聚合完毕后，开始构建多径路由；
具体而言，在本发明实施例中，数据聚合完成后，数据聚合节点根据给定的路由角θvi从WVi中选择作为下一跳节点，为了平衡负载，选择多个下一跳节点形成多径路由，此后，在每条路径上只能从WVi中选择一个节点作为中转节点，最后形成到sink节点的多条路径。
其中，在本方案中，路由角为传感网某一节点根据自己和sink的位置信息，确定一个以自己和sink的连线为角平分线的锐角。
路由集为对于任意非sink节点，一旦它的路由角确定，则在该节点传输半径内位于路由角中的所有节点构成该节点的路由集。
图2为本方案DFMR算法的网络模型示意图；
图3为本方案路由角和路由集示意示意图，其中Vi对应的路由角即为SITA(Vi),路由集即为路由角内部的几个邻居节点WVi＝{3,4,5}。
DFMR算法一旦选定了聚合节点，当其它源节点的数据在聚合节点聚合完毕后，就开始构建多径路由，路径的个数取决于聚合点初始选择的下一跳节点的个数。路径选定后，在路径上的中转节点则依据节点负载和能量情况进行下一跳的选择，选取负载最轻，能量最大的节点。即，在本方案中，DFMR采用了基于角度的多路径路由算法。传统的基于角度的多径路由提出主要是为了达到网络负载的均衡，且提供一定的容错性、可靠性。而DFMR算法在传统基于角度的多径路由算法基础上，进一步引入了数据聚合能力，即节点在进行数据传送前，必须进行数据聚合。DFMR算法一旦选定了聚合节点，当其他源节点的数据在聚合节点聚合完毕后，就开始构建多径路由，路径的个数取决于聚合点初始选择的下一跳节点的个数。路径选定后，在路径上的中转节点则依据节点负载和能量情况进行下一跳的选择，选取负载最轻，能量最大的节点。
因此，本方案可通过传输足够数量的原始数据包给sink节点，传输完毕后，比较存活的节点数目来验证。由于DFMR算法无论是在聚合阶段还是在数据传输阶段，都很注重网内每个节点能耗的均衡。故使得网内分割现象推迟，从而整个网络的寿命得以延长。实验也能证明：采用DFMR算法时，网络的寿命比采用AAC或DC算法更长。
发送单元44，用于数据聚合节点沿构建的路径发送聚合后的数据；
具体而言，在本发明实施例中，聚合节点沿多条路径发送聚合后的数据，最终此数据包沿多条路径被传送至sink。其中，如果聚合节点Ecur≤Ewar，将被其它源节点代替，同时算法会依据路由角重构路由，另外，可根据路由表中的历史信息加速路由的形成；如果中间的转发节点Ecur≤Ewar，将选择另一个下一跳节点，更换的频率主要取决于能量因子的大小。
此外，在本方案中，网络中每个节点都有相同的能量初值Eini(节点可支持的数据次数)，定义能量警告门限Ewar＝ηEini(0＜η＜1)为节点执行一定量数据转发后的剩余转发次数。当节点当前能量值Ecur低于这个门限值时，将停止转发数据并提醒邻居节点寻找其它有效节点代替自己进行数据转发。参数η作为能量因子在数据汇集和路由选择中起一定的作用。
进一步的，在本方案中，如果有多个数据包需要汇集且所有的源节点都至少暂停聚合过一次，那么在选择新的聚合点时还需考虑节点的Q(Vi)值。这种聚合思想可以显著提高网络的生命周期。考虑到在半径Z足够大的情况下，数据信可以在到达汇聚点前进行汇集。
因此，本方案可通过传输足够数量的原始数据包给sink节点，传输完毕后，比较存活的节点数目来验证。由于DFMR算法无论是在聚合阶段还是在数据传输阶段，都很注重网内每个节点能耗的均衡。故使得网内分割现象推迟，从而整个网络的寿命得以延长。实验也能证明：采用DFMR算法时，网络的寿命比采用AAC或DC算法更长。
由于传输一定量的原始数据包所需的总的能量。通过传输数据包所需要的总的转发次数来衡量，是评价传感网路由算法性能的重要指标。通过有效的数据聚合算法，DFMR算法的数据包转发次数相比AAC，有极大的减少。现有之DC算法所需的转发次数值接近DFMR算法的值，但是当冗余数据被汇聚成一个大的数据包后，数据包的大小很可能超过单条路径所能承受的负载。
分析单元55，用于数据发送后，将依据路由恢复策略进行修复及分析。
具体而言，在本发明实施例中，当所有事件驱动范围内的数据包都被传送给sink后，将计算网络中节点的生存时间和剩余能量，并分析其能耗、数据吞吐量和网络生命周期等等。
进一步的，在本方案中，如果在数据传输过程中有节点耗能过多而失效，可以采用如下路由恢复策略来进行路径局部更改和修复。当源节点在其路由集中选择3个节点作为下一跳，从而初始化三条不相交路径。每条路径上各节点选择下一跳是根据其路由集中节点的负载决定的。一旦某路径上有节点（假设为S2）失效，则它的上一跳节点（假设为S1）会根据路由恢复策略选择节点X作为新的下一跳，通过局部路径修复保证数据传输的连续性。从而，网络内节点密度越大，每个节点的路由角越大，在节点失效时可以提供越高的可靠性。
如选取替换节点的方法除了考虑路由集中节点的负载之外，还要考虑其剩余能量和暂停次数。通常选取路由集中负载最轻、剩余能量最多且暂停次数最小的节点作为路由替代节点。其中，在本方案中，定义Q(Vi)为Vi的暂停次数，Vi可以网络中的任意节点。一旦Vi的当前能量值低于能量警告门限，Q(Vi)的值加1，此值会影响聚合节点的重选和路由重建。
由于路由如果在数据传输过程中有节点耗能过多而失效，有专门的路由恢复策略来进行路径局部更改和修复，故可以使算法具有足够的健壮性。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
综上所述，本文提供了一种无线传感器网络基于数据融合的多径路由方法及装置，通过先确定传感器网络中事件范围内的源节点，接着选择合适的源节点作为数据聚合节点并进行数据聚合，然后当数据聚合完毕后，开始构建多径路由，并通过数据聚合节点沿构建的路径发送聚合后的数据，最终，数据发送后，将依据路由恢复策略进行修复及分析，本方案在源节点发送数据包之前进行数据聚合操作，为事件触发型传感器网络模型提供了节能、健壮的路由策略，一定程度上延长了无线传感网器的寿命。
以上对本发明所提供的一种无线传感器网络基于数据融合的多径路由方法及装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方案；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (17)

1.一种无线传感器网络基于数据融合的多径路由方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤一、确定传感器网络中事件范围内的源节点；
步骤二、选择合适的源节点作为数据聚合节点并进行数据聚合；
步骤三、当数据聚合完毕后，开始构建多径路由；
步骤四、数据聚合节点沿构建的路径发送聚合后的数据；
步骤五、数据发送后，将依据路由恢复策略进行修复及分析。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤一中，进一步的包括在事件范围内确定源节点，并将定义感应数据传输的时间间隔。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤二中，进一步包括，所有源节点都将数据信息直接发送给数据聚合点，由聚合节点将汇聚后的数据包传送至sink，如公式(1)所示：
B(aggr)＝B(vk)+B(v1)×[1-RD(v1,vk)]+B(v2)（1）
×[1-RD(v2,vk)]+...+B(vk-1)×[1-RD(v1,vk)]
其中，B(Vi)是源节点Vi产生的数据包大小，RD(Vi，Vj)是节点Vi和Vj间的数据冗余度，V1，...,Vi，...,Vj，...,Vk∈S，Vk是数据聚合节点，B(aggr)是汇集后的数据包大小。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤二中，是选择离sink最近的源节点作为数据聚合节点。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤三中，数据聚合完成后，数据聚合节点根据给定的路由角θvi从路由集WVi中选择作为下一跳节点，为了平衡负载，选择多个下一跳节点形成多径路由，此后，在每条路径上只能从WVi中选择一个节点作为中转节点，最后形成到sink节点的多条路径。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述路由角为传感网某一节点根据自己和sink的位置信息，确定一个以自己和sink的连线为角平分线的锐角。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述路由集为对于任意非sink节点，一旦它的路由角确定，则在该节点传输半径内位于路由角中的所有节点构成该节点的路由集。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤三中，进一步包括选定了聚合节点，当其它源节点的数据在聚合节点聚合完毕后，就开始构建多径路由，路径的个数取决于聚合点初始选择的下一跳节点的个数。
9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤三中，进一步包括，当路径选定后，在路径上的中转节点则依据节点负载和能量情况进行下一跳的选择，依据负载和能量为依据进行选取。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤四中，进一步包括聚合节点沿多条路径发送聚合后的数据，最终此数据包沿多条路径被传送至sink。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤五中，当所有事件驱动范围内的数据包都被传送给sink后，将计算网络中节点的生存时间和剩余能量，并分析其能耗、数据吞吐量和网络生命周期。
12.一种无线传感器网络基于数据融合的多径路由装置，其特征在于，所述装置包括确定单元、选择单元、构建单元、发送单元及分析单元，通过先确定传感器网络中事件范围内的源节点，接着选择合适的源节点作为数据聚合节点并进行数据聚合，然后当数据聚合完毕后，开始构建多径路由，并通过数据聚合节点沿构建的路径发送聚合后的数据，最终，数据发送后，将依据路由恢复策略进行修复及分析。
13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述确定单元用于确定传感器网络中事件范围内的源节点。
14.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述选择单元用于选择合适的源节点作为数据聚合节点并进行数据聚合。
15.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述构建单元用于当数据聚合完毕后，开始构建多径路由。
16.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述发送单元用于数据聚合节点沿构建的路径发送聚合后的数据。
17.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述分析单元用于数据发送后，将依据路由恢复策略进行修复及分析。
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