CN107182100B - 用于无线传感器网络的移动代理的路由方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于无线传感器网络的移动代理的路由方法，包括：Sink节点向所属网格的簇首节点发出网格内移动代理；Sink节点所属网格的簇首节点接收到网格内移动代理之后，保存网格内移动代理，同时将Sink节点所属网格序号存入网格内移动代理的包结构中；Sink节点所属网格的簇首节点向处于水平和垂直方向的4个邻居簇首节点转发网格内移动代理；收到网格内移动代理的邻居簇首节点根据自身所属网格序号和网格内移动代理中的Sink节点所属网格序号的比较结果，按照水平或垂直的扩散方向转发网格内移动代理。本申请各簇首节点根据自身的所属网格ID和Sink节点所属网格ID进行比较，选择合适的地理扩散方向将网格内移动代理进行转发，可大大的减少网络能耗。

Description

用于无线传感器网络的移动代理的路由方法
技术领域
本发明涉及无线传感器网络技术领域，特别涉及一种用于无线传感器网络的移动代理的路由方法。
背景技术
在WSNs多数应用的场景中，在监测区域附近会部署大量的廉价的、具有一定数据感知能力和感知半径的传感器节点，以规律或无规律的方式散布成一个静态的网络。由于传感器节点没有无线基础设施的支持，且往往散布在自然条件未知、恶劣、无人值守或是地处于敌占区的地理环境中，电池往往不可拆卸或无法进行更换。因此，WSNs的主要设计目标之一就是在尽量降低网络能量消耗的同时尽可能的延长整个网络的工作寿命。为了降低能耗，必须对WSNs网络层的路由技术的加以研究。基于簇结构的路由具有高效的能量利用率、简便的拓扑管理、简单的数据融合效果等优势，成为目前WSNs路由领域重点研究的技术。
C/S模型中各网络节点分别向Sink节点发送管理信息，容易形成网络流量的大规模“浪涌”和数据分组的发送与接收冲突，从而造成数据分组的丢失重传和排队时间的增加，导致网络能耗的极大增加。基于簇首的管理模型中各簇内节点也按照类似于C/S模型中的计算模式向簇首发出管理信息，面临着同样的问题。
移动代理技术是一种基于网络的分布式计算技术，本质上是以一组分散的、松散耦合的、可移动的智能结构中分布式网络环境中实现群体间高效率相互协作联合求解，解决多种协作策略和方案下的冲突和矛盾。移动代理具有自主性、主动性、反应性、移动性、社会性和智能性等特性，能够实现系统的协同和自治，可以很好应用于无线传感器网络中，有助于降低数据流量和通信开销，减少感知数据冗余，节约能量，有效延长网络系统生存期。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于无线传感器网络的移动代理的路由方法。
本发明为了达到上述目的，采用的技术方案是：一种用于无线传感器网络的移动代理的路由方法，包括以下步骤：
Sink节点向所属网格的簇首节点发出网格内移动代理；
Sink节点所属网格的簇首节点接收到网格内移动代理之后，保存网格内移动代理，同时将Sink节点所属网格序号存入网格内移动代理的包结构中；
Sink节点所属网格的簇首节点向处于水平和垂直方向的4个邻居簇首节点转发网格内移动代理；
收到网格内移动代理的邻居簇首节点根据自身所属网格序号和网格内移动代理中的Sink节点所属网格序号的比较结果，按照水平或垂直的扩散方向转发网格内移动代理。
优选地，在收到网格内移动代理的邻居簇首节点根据自身所属网格序号和网格内移动代理中的Sink节点所属网格序号的比较结果，按照水平或垂直的扩散方向转发网格内移动代理的步骤中，邻居簇首节点的网格横坐标为x，邻居簇首节点的网格纵坐标为y，则
若x等于Sink节点的网格横坐标且y小于Sink节点的网格纵坐标，则将网格内移动代理转发至邻居簇首中网格坐标为[x，y-1]、[x+1，y]、[x-1，y]的3个节点；
若x等于Sink节点的网格横坐标且y大于Sink节点的网格纵坐标,则将网格内移动代理转发至邻居簇首中网格坐标为[x，y+1]、[x+1，y]、[x-1，y]的3个节点；
若x小于Sink节点的网格横坐标，则将网格内移动代理转发至邻居簇首中网格坐标为[x-1，y]的节点；
若x大于Sink节点的网格横坐标，则将网格内移动代理转发至邻居簇首中网格坐标为[x+1，y]的节点。
优选地，还包括：
收到网格内移动代理的簇首节点根据簇确认消息表，获得本网格内所有成员节点的节点ID和地理坐标，利用遗传算法来求解网格内移动代理的网格内路径迁移表；
簇首节点将网格内路径迁移表放入网格内移动代理，网格内移动代理根据网格内路径迁移表访问网格内成员节点并进行数据采集和融合，最终返回簇首节点。
优选地，还包括：
在网格内移动代理的转发过程中，接收到网格内移动代理的簇首节点之间建立梯度关系，当簇首节点收到由邻居簇首节点转发的网格内移动代理后，将簇头消息表按照反向梯度传递给Sink节点。
优选地，还包括：
接收完簇头消息表之后，Sink节点建立全网抽象拓扑图。
优选地，还包括：
根据全网抽象拓扑图，采取蚁群模拟退火算法计算出网格间移动代理的网格间路径迁移表；
Sink节点将计算出的网格间路径迁移表放入网格间移动代理，网格间移动代理根据网格间路径迁移表访问各个网格的簇首节点，完成信息的二次融合后返回Sink节点。
本发明有如下优点：现有技术中，Sink节点向各簇首派发网格内移动代理都采用的是泛洪或广播的形式，此种传播方式将大量耗费节点的能量；在本发明中，各簇首节点根据自身的所属网格ID和Sink节点所属网格ID进行比较，选择合适的地理扩散方向将网格内移动代理进行转发，可大大的减少网络能耗。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1所示本发明一实施例提供的用于无线传感器网络的移动代理的路由方法的流程图；
图2所示为网格内移动代理的发送路由图；
图3所示为全网抽象拓扑图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1所示本发明一实施例提供的用于无线传感器网络的移动代理的路由方法的流程图。如图1所示，本发明的用于无线传感器网络的移动代理的路由方法包括以下步骤：
步骤S1：Sink节点向所属网格的簇首节点发出网格内移动代理；
步骤S2：Sink节点所属网格的簇首节点接收到网格内移动代理之后，保存网格内移动代理，同时将Sink节点所属网格序号存入网格内移动代理的包结构中；
步骤S3：在Sink节点所属网格的簇首节点向处于水平和垂直方向的4个邻居簇首节点转发网格内移动代理。
步骤S4：收到网格内移动代理的邻居簇首节点根据自身所属网格序号和网格内移动代理中的Sink节点所属网格序号的比较结果，按照水平或垂直的扩散方向转发网格内移动代理。
图2所示为网格内移动代理的发送路由图，在本实施例中，邻居簇首节点的网格横坐标为x，邻居簇首节点的网格纵坐标为y，则
若x等于Sink节点的网格横坐标且y小于Sink节点的网格纵坐标，则将网格内移动代理转发至邻居簇首中网格坐标为[x，y-1]、[x+1，y]、[x-1，y]的3个节点；
若x等于Sink节点的网格横坐标且y大于Sink节点的网格纵坐标,则将网格内移动代理转发至邻居簇首中网格坐标为[x，y+1]、[x+1，y]、[x-1，y]的3个节点；
若x小于Sink节点的网格横坐标，则将网格内移动代理转发至邻居簇首中网格坐标为[x-1，y]的节点；
若x大于Sink节点的网格横坐标，则将网格内移动代理转发至邻居簇首中网格坐标为[x+1，y]的节点。
在本实施例中，当经历过2Ti时间之后，Sink节点向自己所属网格的簇首节点发出网格内移动代理，同时将自己的所属网格ID打入该网格内移动代理包结构。当Sink节点所在网格的簇首接收到网格内移动代理之后，立刻将改网格内移动代理存入自身缓存并只向处于水平和垂直方向的4个邻居簇首转发此网格内移动代理。收到此网格内移动代理的邻居簇首根据自身所属网格序号和移动代理中的Sink节点所属网格序号做以比较，同样按照水平或垂直的扩散方向将该网格内移动代理转发。由此，保证每个簇首节点向其扩散方向的各邻居簇首只转发一次网格内移动代理，任何一个簇首节点只接收一次网格内移动代理的传递，由此控制网络的能耗。
在现有技术中，Sink节点向各簇首派发网格内移动代理都采用的是泛洪或广播的形式，此种传播方式将大量耗费节点的能量。在本实施例中，各簇首节点根据自身的所属网格ID和Sink节点所属网格ID进行比较，选择合适的地理扩散方向将网格内移动代理进行转发，可大大的减少网络能耗。
进一步地，在本发明一实施例中，在各个网格的簇首节点收到该网格内移动代理后，还包括：
根据簇确认消息表，获得本网格内所有成员节点的节点ID和地理坐标，利用遗传算法来求解网格内移动代理的网格内路径迁移表；
簇首节点将网格内路径迁移表放入网格内移动代理，网格内移动代理根据网格内路径迁移表访问网格内成员节点并进行数据采集和融合，最终返回簇首节点。
具体地，在本实施例中，当各簇首节点接收到邻居簇首发来的网格内移动代理之后，根据节点自身维护的簇确认消息CCM(Cluster Confirm Message)，CCM信息格式为：[节点ID、所属网格ID、地理坐标、剩余能量、节点状态]，可以获得本网格内所有成员节点的节点ID和地理坐标。由于网格内任意节点间都为一跳到达，所以网格内移动代理的路由迁移问题可以抽象为一个完全NP问题，只能求出优化的路由解。在本实施例中，利用遗传算法来求解网格内移动代理的路由问题。簇首节点计算出网格内移动代理的当前最优路由之后将路径迁移表放入网格内移动代理，网格内移动代理按顺序访问成员节点并进行数据采集和融合，最终返回簇首节点。
进一步地，在本发明一实施例中，还包括：
在网格内移动代理的转发过程中，接收到网格内移动代理的簇首节点之间建立梯度关系，当簇首节点收到由邻居簇首节点转发的网格内移动代理后，将簇头消息表按照反向梯度传递给Sink节点；
接收完簇头消息表之后，Sink节点建立全网抽象拓扑图。
具体地，在本实施例中，在网格内移动代理发送的过程中，各网格簇首节点之间建立梯度关系，当各簇首节点收到由邻居簇首所发出的网格内移动代理后，立刻将包含自己相关信息的簇头消息CHM(Cluster Head Message)，CHM信息格式为：[节点ID、所属网格、地理坐标、节点状态]，按照反向梯度传递给Sink节点。在接收完各簇首节点的CHM表之后，利用Sink节点充足的能量和强大的计算能力，就可在Sink节点本地建立如图3所示的全网抽象拓扑图，这为网格间移动代理路由的选择提供了良好的基础。
进一步地，在建立了全网抽象拓扑图之后，还包括：
根据全网抽象拓扑图，采取蚁群模拟退火算法计算出网格间移动代理的网格间路径迁移表；
Sink节点将计算出的网格间路径迁移表放入网格间移动代理，网格间移动代理根据网格间路径迁移表访问各个网格的簇首节点，完成信息的二次融合后返回Sink节点。
具体地，在本实施例中，网格间移动代理路由的选择基于多跳的基础，利用在Sink节点建立的全网抽象拓扑图，采取蚁群模拟退火算法计算出多跳的移动代理迁移路由。然后，Sink节点将计算出的当前最优路径迁移表放入网格间移动代理，网格间移动代理按顺序依次访问各网格的簇首节点完成信息的二次融合后返回Sink节点。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (5)

1.一种用于无线传感器网络的移动代理的路由方法，其特征在于，包括以下步骤：
Sink节点向所属网格的簇首节点发出网格内移动代理；
Sink节点所属网格的簇首节点接收到网格内移动代理之后，保存网格内移动代理，同时将Sink节点所属网格序号存入网格内移动代理的包结构中；
Sink节点所属网格的簇首节点向处于水平和垂直方向的4个邻居簇首节点转发网格内移动代理；
收到网格内移动代理的邻居簇首节点根据自身所属网格序号和网格内移动代理中的Sink节点所属网格序号的比较结果，按照水平或垂直的扩散方向转发网格内移动代理；在收到网格内移动代理的邻居簇首节点根据自身所属网格序号和网格内移动代理中的Sink节点所属网格序号的比较结果，按照水平或垂直的扩散方向转发网格内移动代理的步骤中，邻居簇首节点的网格横坐标为x，邻居簇首节点的网格纵坐标为y，则
若x等于Sink节点的网格横坐标且y小于Sink节点的网格纵坐标，则将网格内移动代理转发至邻居簇首中网格坐标为[x，y-1]、[x+1，y]、[x-1，y]的3个节点；
若x等于Sink节点的网格横坐标且y大于Sink节点的网格纵坐标,则将网格内移动代理转发至邻居簇首中网格坐标为[x，y+1]、[x+1，y]、[x-1，y]的3个节点；
若x小于Sink节点的网格横坐标，则将网格内移动代理转发至邻居簇首中网格坐标为[x-1，y]的节点；
若x大于Sink节点的网格横坐标，则将网格内移动代理转发至邻居簇首中网格坐标为[x+1，y]的节点。
2.根据权利要求1所述的用于无线传感器网络的移动代理的路由方法，其特征在于，还包括：
收到网格内移动代理的簇首节点根据簇确认消息表，获得本网格内所有成员节点的节点ID和地理坐标，利用遗传算法来求解网格内移动代理的网格内路径迁移表；
簇首节点将网格内路径迁移表放入网格内移动代理，网格内移动代理根据网格内路径迁移表访问网格内成员节点并进行数据采集和融合，最终返回簇首节点。
3.根据权利要求1所述的用于无线传感器网络的移动代理的路由方法，其特征在于，还包括：
在网格内移动代理的转发过程中，接收到网格内移动代理的簇首节点之间建立梯度关系，当簇首节点收到由邻居簇首节点转发的网格内移动代理后，将簇头消息表按照反向梯度传递给Sink节点。
4.根据权利要求3所述的用于无线传感器网络的移动代理的路由方法，其特征在于，还包括：
接收完簇头消息表之后，Sink节点建立全网抽象拓扑图。
5.根据权利要求4所述的用于无线传感器网络的移动代理的路由方法，其特征在于，还包括：
根据全网抽象拓扑图，采取蚁群模拟退火算法计算出网格间移动代理的网格间路径迁移表；
Sink节点将计算出的网格间路径迁移表放入网格间移动代理，网格间移动代理根据网格间路径迁移表访问各个网格的簇首节点，完成信息的二次融合后返回Sink节点。
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