CN103209457A - 一种采用定时器和能量阈值机制的spin路由方法 - Google Patents

一种采用定时器和能量阈值机制的spin路由方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103209457A
CN103209457A CN2013100034357A CN201310003435A CN103209457A CN 103209457 A CN103209457 A CN 103209457A CN 2013100034357 A CN2013100034357 A CN 2013100034357A CN 201310003435 A CN201310003435 A CN 201310003435A CN 103209457 A CN103209457 A CN 103209457A
Authority
CN
China
Prior art keywords
node
message
data
energy
timer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN2013100034357A
Other languages
English (en)
Inventor
漆丽
龙承志
虞贵财
向满天
罗建平
邹文生
余尧毅
周海
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanchang University
Original Assignee
Nanchang University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanchang University filed Critical Nanchang University
Priority to CN2013100034357A priority Critical patent/CN103209457A/zh
Publication of CN103209457A publication Critical patent/CN103209457A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Landscapes

  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

一种采用定时器和能量阈值机制的SPIN路由方法，SPIN算法是以数据为中心的自适应路由协议，本方法中无线传感网中的节点间传输包含ADV，REQ和DATA共3种类型的消息，当节点有数据发送时通过ADV消息广播并由定时器产生随机延时，邻节点收到ADV消息后检查其是否已有该数据并在自身能量满足条件的情况下由定时器产生随机延时，回复REQ消息表示愿意传输数据。协商达成后数据在节点间进行传输。另外，发送数据节点超过定时器设定的时间阈值未收到REQ消息则重新发送ADV消息，以避免信息的丢失。数据传输过程中，采用本方法的SPIN路由的方式，实现节省发送能量和可靠传输数据，达到均衡节点能量，延长传感器网络生命周期的目的。

Description

一种采用定时器和能量阈值机制的SPIN路由方法
技术领域
本发明涉及一种传感器网络节点路由方法，尤其是一种采用定时器和能量阈值机制的SPIN路由方法。
背景技术
无线传感器网络(Wireless Sensor Network，WSN)是由部署在监测区域内大量低成本且具有传感、数据处理和无线通信能力的传感器节点(sensor node)、汇聚节点(sink node)以及任务管理用户通过自组织方式形成的网络。路由协议负责将数据分组从源节点通过网络转发到目的节点，实现寻找源节点和目的节点间的优化路径，将数据分组沿着优化路径正确转发。在无线传感器网络中，节点能量有限且一般没有能量补充，因此路由协议需要高效利用能量，同时传感器网络节点数目往往很大，节点只能获取局部拓扑结构信息，路由协议要能在局部网络信息的基础上选择合适的路径。
作为无线传感器网络中的平面路由的一种，SPIN算法加强了节点之间的沟通，通过协商机制来进行节点间的数据传输。SPIN算法是一种比较简单的路由算法，对于计算资源有限的无线传感器网络节点来说，是很大的优势，逻辑简单易实现。对于算法的健壮性来说，SPIN算法的健壮性较高，如果有节点退出了网络，通过其算法的实现机制能保证网络传输数据的不受影响，可靠地传输数据。另外，SPIN算法的节能性较高，可以只花较少的应答帧代价，相对于利用广播形式传输数据的洪泛算法，大大降低传输冗余数据，节省了能量。
SPIN路由算法中共包含三种消息类型，分别是ADV, REQ和DATA消息。其中，当一个SPIN节点有数据要共享时，它就会发出一条ADV消息。当一个SPIN节点想要接收某些实际的数据时，就发出REQ请求。而DATA消息包含了实际的将要传输的数据。SPIN路由算法到目前为此已有大量研究，但并未取得突破性的进展。此类研究主要集中在两方面：一是节点的节能性，另外就是整个无线传感器网络的生命周期的延长。以往的研究SPIN算法在无线传感器网络中的应用模型往往过于理想化，还存在很多没有考虑全面的问题。无线传感器网络的路由在实际情况下是复杂多变的，使得传统的SPIN算法不够完善，在一些情况下也会产生能量的浪费和网络消耗能量的不均衡。所以，如何解决这些问题，达到更节省节点的能量和延长网络生命周期，是本发明研究的重点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有的路由方法，提供一种采用定时器和能量阈值机制的SPIN路由方法，该方法能节省节点能量，均衡网络能耗，延长无线传感网络生命周期。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：通过传感网中的ADV, REQ和DATA共3种类型的消息以及加上的能量阈值和时间阈值，使得节点间能够进行协商和沟通来传输数据，以达到节省发送能量，均衡节点消耗，延长传感网网络生命周期的目的。
本发明的具体内容为：在线性区域的无线传感器网络分布区域中，随机分布N个无线传感器节点。当一个A节点获得了新的数据并想传输出去时，先对该数据进行处理产生ADV消息。经过一个由定时器产生的随机延时，期间如果收到REQ消息则A节点结束处理，如果直到延时时间结束还未收到REQ消息则向邻节点发送ADV消息，等待接收REQ消息。其他节点收到ADV消息后，先检验自己是否已有该数据，如果是则结束处理，如果不是则判断自己的能量情况，如果能量低于能量阈值则节点结束处理。如果能量高于能量阈值，先经过一个由定时器产生的随机延迟，期间如果收到REQ消息，节点结束处理。如果完成随机延时还未收到REQ消息，则向邻节点发送REQ消息。A节点接收到REQ消息，发送DATA消息，如果等待REQ消息的过程中超过定时器设定的时间阈值，则重新发送ADV消息。期间的随机延时机制避免了信息的重复发送或是重复接收，节省了能耗，而能量阈值的机制均衡了节点能耗，延长了网络生命周期。
本发明的方法步骤如下：（1）当一个A节点获得了新的数据并想传输出去时，先对该数据进行处理产生ADV消息。（2）A节点经过一个由定时器产生的随机延时，才进入待发送数据状态，期间如果收到REQ消息则A节点结束处理，如果直到延时时间结束还未收到REQ消息则转到（3）。（3）A节点向邻节点发送ADV消息，等待接收REQ消息。（4）其他节点收到ADV消息后，先检查自己是否已有该数据，如果是则结束处理，如果不是则判断自己的能量情况，如果能量低于能量阈值则节点结束处理，如果能量高于能量阈值转到（5）。（5）节点经过一个由定时器产生的随机延时，期间如果收到REQ消息，节点结束处理。如果完成随机延时还未收到REQ消息则转到（6）。（6）节点向邻节点发送REQ消息。（7）A节点接收到REQ消息，发送DATA消息，如果等待REQ消息的过程中超过定时器设定的时间阈值，则转到（3）。
步骤（1）具体为传感器网络中各节点将要传输的数据进行处理，产生ADV消息，由于这一部分信息量较少，故传输时使用能量也较少。
步骤（2）（3）具体为要传输数据的节点先经过一个由定时器产生的随机延时，期间如果收到REQ消息，表明周围的其他节点开始了数据传输的流程，自己不必重复发送，则节点结束处理。如果直到延时结束还未收到REQ消息即向邻节点广播ADV消息。避免了信息的重复发送，节省了能量。
步骤（4）具体为其他节点接收到ADV消息后先检查自己是否已有该数据，如果是则结束处理，如果不是则判断自己的能量值，如果自身能量值低于能量阈值则节点结束处理，如果自身能量值高于能量阈值则进入准备接收数据状态。设定的能量阈值能使得无线传感器网络能量均衡地消耗，延长了其生命周期。
步骤（5）（6）具体为高于能量阈值的节点在发送REQ消息之前先经过一个由定时器产生的随机延迟。期间如果收到其他节点发送的REQ消息，则表明该消息已经被其他节点接收，本节点结束处理。如果直到延迟结束还未收到REQ消息，则本节点向邻节点发送REQ消息。避免了消息的重复接收，节省了能量。
6. 根据权利要求1所描述的一种采用定时器和能量阈值机制的SPIN路由方法，其特征在于：步骤（7）具体为需要进行信息传输的节点接收到REQ消息后，发送DATA数据。如果等待REQ消息的过程中超过定时器设定的时间阈值，则本节点重新向邻节点发送ADV消息。设定的时间阈值避免了传输数据的丢失，保证了数据的可靠传输。
本发明中传感器网络中的数据是通过发送信息量较少的消息进行协商后进行传输的，避免了数据的重复发送和接收，保证了节点能量的均衡消耗，大大减少能量的消耗。由此可以达到均衡节点消耗，节省发送能量，延长传感网网络生命周期的目的。
附图说明
图1为本发明无线传感器网络中发送数据节点的状态流程图；
图2 为本发明无线传感器网络中接收数据节点的状态流程图。
具体实施方式
如图1、图2所示，假设在一个正方形的无线传感器网络区域中, 没有丢包和队列延迟，网络分布均匀。网络节点的平均邻居为N，一个节点将m个字节的数据传输到目的节点，节点发送一个字节消耗能量                                                
Figure 837121DEST_PATH_IMAGE001
，节点接受一个字节消耗能量，ADV和REQ消息为L字节。设定的能量阈值为
Figure 457906DEST_PATH_IMAGE003
，设定的时间阈值为。
1. 对于传感网中任一节点A，需要转发m个字节数据，节点A将数据信息处理产生ADV消息。在发送ADV消息之前节点A有一个由定时器产生的随机延时，如果在延时期间接收到REQ消息，则节点A结束处理。如果直到延迟结束还未收到REQ消息，则A节点发送ADV消息，消耗(N-1)L
Figure 101432DEST_PATH_IMAGE001
的能量。
 
2. A节点的邻节点收到ADV消息后，先检查自己是否已有该数据，如果是则结束处理，如果不是则判断自己的能量，如果能量低于能量阈值
Figure 989753DEST_PATH_IMAGE003
则结束处理，如果能量高于能量阈值
Figure 809942DEST_PATH_IMAGE003
，则进入一个由定时器产生的随机延时。其中接收ADV消息，消耗L
Figure 598644DEST_PATH_IMAGE002
的能量。
3.在随机延时期间如果本节点收到REQ消息则结束处理，如果这个随机延时结束还未收到REQ消息则本节点向邻节点发送REQ消息，消耗(N-1)L
Figure 478875DEST_PATH_IMAGE001
的能量。
4.A节点接收到邻节点发送的REQ消息后，向其发送DATA+m个字节信息，消耗(m+L)
Figure 854493DEST_PATH_IMAGE001
的能量。节点接收DATA+m个字节信息，消耗(m+L) 
Figure 212793DEST_PATH_IMAGE002
的能量。
5.如果A节点在发送ADV消息后过了定时器设定的
Figure 121581DEST_PATH_IMAGE004
的时间阈值仍未收到REQ消息，则A节点重新发送ADV消息。
与现有技术相比，本发明的优点在于：将定时器产生的随机延时、能量阈值和定时器产生的时间阈值结合起来，避免了信息的重复发送和信息的重复接收，大大减少能量的消耗，可以达到均衡节点能量，节省发送能量，延长传感网网络生命周期的目的。

Claims (6)

1.  一种采用定时器和能量阈值机制的SPIN路由方法，其特征及方法步骤为：
（1）当一个A节点获得了新数据并想传输出去时，先对该数据进行处理产生ADV消息；
（2）A节点经过一个由定时器产生的随机延时，才进入待发送数据状态，期间如果收到REQ消息则A节点结束处理，如果直到延时时间结束还未收到REQ消息则转到（3）；
（3）A节点向邻节点发送ADV消息，等待接收REQ消息；
（4）其他节点收到ADV消息后，检查自己是否已有该数据，如果已有则结束处理，如果没有再判断自己的能量情况，如果能量低于能量阈值则节点结束处理，如果能量高于能量阈值则转到（5）；
（5）节点经过一个由定时器产生的随机延时，期间如果收到REQ消息则本节点结束处理，如果直到延时时间结束还未收到REQ则转到（6）；
（6）节点向邻节点发送REQ消息；
（7）A节点接收到REQ消息，发送DATA消息，如果等待REQ消息的过程中超过定时器设定的时间阈值，则转到（3）。
2. 根据权利要求1所述的一种采用定时器和能量阈值机制的SPIN路由方法，其特征在于：步骤（1）具体为传感器网络中各节点将要传输的数据进行处理，产生ADV消息，由于这一部分信息量较少，故传输时使用能量也较少。
3. 根据权利要求1所述的一种采用定时器和能量阈值机制的SPIN路由方法，其特征在于：步骤（2）（3）具体为要传输数据的节点先经过一个由定时器产生的随机延时，期间如果收到REQ消息，表明周围的其他节点开始了数据传输的流程，自己不必重复发送，则节点结束处理，如果直到延时结束还未收到REQ消息则向邻节点广播ADV消息。
4. 根据权利要求1所述的一种采用定时器和能量阈值机制的SPIN路由方法，其特征在于：步骤（4）其他节点接收到ADV消息后先检查自己是否已有该数据，如果是则结束处理，如果不是则判断自己的能量值，如果低于能量阈值则节点结束处理，如果高于能量阈值则进入准备接收数据状态，设定的能量阈值能使得无线传感器网络能量均衡地消耗，延长了无线传感器网络的生命周期。
5. 根据权利要求1所述的一种采用定时器和能量阈值机制的SPIN路由方法，其特征在于：步骤（5）（6）具体为高于能量阈值的节点在发送REQ消息之前先经过一个由定时器产生的随机延时，期间如果收到其他节点发送的REQ消息，则表明该消息已经被其他节点接收，本节点结束处理，如果直到延迟结束还未收到REQ消息，则本节点向邻节点发送REQ消息，避免了消息的重复接收，节省了能量。
6. 根据权利要求1所述的一种采用定时器和能量阈值机制的SPIN路由方法，其特征在于：步骤（7）具体为需要进行数据传输的节点接收到REQ消息后，发送DATA消息，如果等待REQ消息的过程中超过定时器设定的时间阈值，则本节点重新向邻节点发送ADV消息，设定的时间阈值避免了传输数据的丢失，保证了数据的可靠传输。
CN2013100034357A 2013-01-06 2013-01-06 一种采用定时器和能量阈值机制的spin路由方法 Pending CN103209457A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2013100034357A CN103209457A (zh) 2013-01-06 2013-01-06 一种采用定时器和能量阈值机制的spin路由方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2013100034357A CN103209457A (zh) 2013-01-06 2013-01-06 一种采用定时器和能量阈值机制的spin路由方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN103209457A true CN103209457A (zh) 2013-07-17

Family

ID=48756509

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2013100034357A Pending CN103209457A (zh) 2013-01-06 2013-01-06 一种采用定时器和能量阈值机制的spin路由方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103209457A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105898818A (zh) * 2016-06-23 2016-08-24 广州大学 一种基于无线传感器网络的协商路由算法
CN112714154A (zh) * 2020-12-11 2021-04-27 国网宁夏电力有限公司吴忠供电公司 一种用于电力网监控的智能传感器的路由控制方法和系统

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101237366A (zh) * 2008-03-05 2008-08-06 中科院嘉兴中心微系统所分中心 一种协同感知能量有效的无线传感网网络架构
CN101355496A (zh) * 2008-08-12 2009-01-28 武汉大学 基站发起的多跳分簇路由协议

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101237366A (zh) * 2008-03-05 2008-08-06 中科院嘉兴中心微系统所分中心 一种协同感知能量有效的无线传感网网络架构
CN101355496A (zh) * 2008-08-12 2009-01-28 武汉大学 基站发起的多跳分簇路由协议

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ZEENAT REHENA，等: "A Modified SPIN for Wireless Sensor Networks", 《IEEE XPLORE DIGITAL LIBRARY》, 8 January 2011 (2011-01-08) *
任秀丽，等: "基于无线传感器网络SPIN协议的一种改进方案", 《计算机技术》, 31 December 2006 (2006-12-31) *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105898818A (zh) * 2016-06-23 2016-08-24 广州大学 一种基于无线传感器网络的协商路由算法
CN105898818B (zh) * 2016-06-23 2019-05-03 广州大学 一种基于无线传感器网络的协商路由方法
CN112714154A (zh) * 2020-12-11 2021-04-27 国网宁夏电力有限公司吴忠供电公司 一种用于电力网监控的智能传感器的路由控制方法和系统

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103906207A (zh) 基于自适应按需唤醒技术的无线传感器网络数据传输方法
Zhang et al. Performance analysis of cluster-based and tree-based routing protocols for wireless sensor networks
CN102333361A (zh) 无线传感器网络的媒体访问控制协议
CN104994020A (zh) 基于蜂群优化算法模型的预测性能量高效分簇路由方法
Sokullu et al. Investigating energy efficiency and timeliness for linear wireless sensor networks
Deng et al. Early wake-up ahead node for fast code dissemination in wireless sensor networks
Kamath Energy efficient routing protocol for wireless sensor networks
Yu et al. Study on energy efficient hierarchical routing protocols of wireless sensor network
CN103209457A (zh) 一种采用定时器和能量阈值机制的spin路由方法
Ghneimat et al. Adaptive, cluster based, sensor network routing protocol
CN103259883B (zh) 自组低功耗无线网络ip地址管理方法
Wei et al. A modified wireless token ring protocol for wireless sensor network
Alla et al. Hierarchical adaptive balanced routing protocol for energy efficiency in heterogeneous wireless sensor networks
Wang et al. A path-based approach for data aggregation in grid-based wireless sensor networks
CN103687080A (zh) Zigbee动态组网方法
Singh et al. Energy Efficiency Techniques for Wireless Sensor Networks: A Review
Kumar et al. A hierarchal cluster framework for wireless sensor network
Gehlaut et al. To improve the lifetime of wireless sensor network
Shelke et al. Energy saving techniques in wireless sensor networks
Dhauta et al. Review on LEACH-Homogeneous and Heterogeneous Wireless Sensor Network
CN103152252A (zh) 一种无线传感自组网节点的全域协同转发方法
Yadav et al. Energy efficient content based routing with cluster based scheduling mechanism
Wang et al. SRR: A lightweight routing protocol for opportunistic networks
Kaur et al. Load balanced clustering protocol for enhancing the lifetime of wireless sensor network
Dihingia et al. An Analysis on Implementation of Leach Protocol.

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20130717