CN111031469A - 一种基于位置感知的IPv6无线传感网络中数据转发方式 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于位置感知的IPv6无线传感网络中数据转发方式，针对当前节点所在的地理位置进行区域划分，结合节点运动的时间特征、距离信息和运动方向信息，提出了一个新变量，对候选节点进行综合评估，从而选出最合适的转发节点，提高了转发策略的准确性，降低了执行时间，减少了网络负载。

Description

一种基于位置感知的IPv6无线传感网络中数据转发方式
技术领域
本发明涉及一种基于位置感知的IPv6无线传感网络中数据转发方式，属于无线传感网络的技术领域。
背景技术
移动群智感知(Mobile CrowdSensing，MCS)是一种新的网络模式，其在过去几年中引起了研究者的广泛关注。大规模的群智感知任务需要许多移动用户来执行，这很难由单个或几个用户完成。MCS带来了许多有吸引力的应用方向，例如，空气污染监测，噪声水平映射，交通拥堵收集和路边停车信息检测等。这些系统没有在用户身上配备传感器，而是利用了智能设备上的嵌入式传感器(例如GPS、摄像头、麦克风和加速度计)。通常，MCS活动成员可以分为两种类型：任务发布者和参与者。他们彼此协作以执行群智感知任务。
移动群智感知也可以被视为参与式感知网络或机会式感知网络。在机会网络中，参与者通过有效的激励机制得到了很好的组织，以非介入性方式执行传感数据的收集和转发。通过短距离通信方法(例如，WiFi、蓝牙)实现多跳传输来转发数据，以避免蜂窝网络的高通信成本。因此，每一跳的中继选择对于机会性群智感知的最终表现至关重要。
与机会网络中的数据分发类似，任务分发的高延迟(由间歇性的节点联系引起)对任务执行的性能施加了限制。本发明提出了一种基于存储转发策略的机会网络中的扩展路由方案，以提高传输性能。此外，大多数现有的机会路由算法可以分为两类：基于泛洪的算法和基于转发的算法。现有数据转发算法主要集中在利用节点历史信息来进行转发决策。同时本发明引入了移动节点的地理位置信息，以提高数据转发的准确性。尽管上述方案不能直接应用于群智感知场景，但在设计数据转发策略时，我们可以将其作为参考。
机会转发的传输等待时间和网络工作量取决于几个因素，例如地理位置，节点联系和节点移动性。因此，我们的目标是通过利用节点的移动性特征来设计一种高效的机会转发方案，以提高群智感知任务执行的性能。目前大多数转发算法都是基于几何距离的，其中出发点与目的地之间的距离被认为是进行路由选择的最重要指标。传统的算法的主要缺点在于，它们几乎没有考虑将移动用户的位置信息、联系机会和移动模式结合起来，由于高机动性和复杂的道路结构导致拓扑结构频繁变化，传统的算法并不能高效、正确地解决无线传感网络下的数据存储转发问题。
发明内容
本明所要解决的技术问题在于针对IPv6无线传感网络中数据转发，利用节点的有效位置信息，提出一种基于位置感知的高效转发方法，解决现有数据转发算法大量的转发开销和转发成功率低的问题。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
本发明提供一种基于位置感知的IPv6无线传感网络中数据转发方式，包括以下步骤：
步骤1、根据包含数据节点的当前位置和目的地位置，如图1所示，构造以当前位置和目的地位置为对角线顶点的矩形候选区域，将矩形候选区域内的数据节点选为候选节点；
步骤2、对于第i个候选节点ni，计算ni与到目的地位置的数据节点p的偏差角度θ(ni,p)；
步骤3、根据对应的偏差角度、节点移动速度、节点距离目的地位置的距离，从候选节点中选取转发节点，具体为：
3.1，定义第i个候选节点ni对应的V值为：
Figure BDA0002255285260000021
其中，α是一个设定常量参数，vmax是数据节点的最大移动速度，
Figure BDA0002255285260000022
是ni到p的向量，distmax是候选节点中距离目的地位置dp的最大距离；
3.2，选择对应V值最大且相对当前数据节点V值至少提升ξ倍的候选节点作为转发节点，若不存在这样的候选节点则在原地等待，否则执行步骤4；其中，ξ为设定常量参数；
步骤4、如果转发节点不是目的地位置的数据节点，则返回步骤1；如果转发节点为目的地位置的数据节点，则完成转发数据流程。
作为本发明的进一步技术方案，所述步骤2中，计算偏差角度θ(ni,p)采取公式：
Figure BDA0002255285260000023
其中，
Figure BDA0002255285260000024
为ni的移动速度，
Figure BDA0002255285260000025
为ni的位置，dp为目的地位置，
Figure BDA0002255285260000026
为从ni到p的向量。
作为本发明的进一步技术方案，步骤3.1中α＝0.8。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
1)本发明提出了一种基于位置感知的IPv6无线传感网络中数据转发方式，提高了任务执行的成功率，最大程度地减少任务的完成时间，减少网络负载，我们的方案在任务执行成功率，执行时间和网络负载方面均优于传统算法；
2)本发明以传统算法为参考，针对节点所在的地理位置进行区域划分，大大降低了候选节点的数量。本发明结合节点运动的时间特征、距离信息和运动方向信息，提出了一个新变量，对候选节点进行综合评估，从而选出最合适的转发节点，提高了转发策略的准确性，降低了执行时间，减少了网络负载。
附图说明
图1为本发明中无线传感网络的转发去与划分示意图。
图2为本发明中备选转发方案示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
本发明公开一种基于位置感知的IPv6无线传感网络中数据转发方式，包括以下步骤：
步骤1、根据包含数据节点的当前位置和目的地位置，如图1所示，构造以当前位置和目的地位置为对角线顶点的矩形选区域，将候选区域内的节点选为候选节点。
具体的，候选区域是一个矩形区域，假设当前位置的数据节点为A，坐标为(xA,yA)，目的地位置的数据节点为S,坐标为(xS,yS)，候选区域是以A和S为对角线顶点矩形区域，如图1所示，该区域上的任意一点(x,y)满足下面的约束条件：
Figure BDA0002255285260000031
候选节点是位于上述矩形区域内的数据节点。数据转发的原则是将数据转发给有更高可能性到达目的地位置的数据节点。显然候选区域内的数据节点较候选区域外的数据节点有更高的可能性到达目的地。
步骤2、对于第i个候选节点ni，计算ni与到目的地位置的数据节点p的偏差角度θ(ni,p)。
具体的，首先提取节点ni的移动速度
Figure BDA0002255285260000032
然后根据节点ni的位置
Figure BDA0002255285260000033
和目的地位置dp可以得到从节点ni到p的向量
Figure BDA0002255285260000034
则偏差角度θ(ni,p)可表示为：
Figure BDA0002255285260000035
偏差角度越小意味着到达目的地和完成任务的可能性越大，转发节点应倾向于选择偏差角度较小的节点。
步骤3、根据偏差角度、节点移动速度、节点距离目的地距离信息从候选节点中选择合适的节点作为转发节点。
如图2所示的备选转发方案，具体的，转发节点选择应倾向于选择移动速度较高，偏差角度较小，距离目的地较近的节点，因为更快的移动速度意味着到达目的地的时间可能更短，偏离目的地角度越小意味着到达目的地和完成任务的可能性越大，选择距离目的地较近的节点更可能减小网络负载。下面引入将移动速度、偏离角度和距离统一量化考虑的V值定义：
Figure BDA0002255285260000041
其中，α是一个常量，vmax是数据节点的最大移动速度，distmax是候选节点中距离目的地位置dp的最大距离。
可以看出，V值越大，则说明一个候选节点越适合作为转发节点。考虑到数据的转发有成本，若某候选节点的V值仅略大于当前节点的V值(需要说明的是，当前节点指的是当前数据所在的数据节点)，则可以选择不转发，原地等待，直至出现合适的转发节点。最后，转发节点的选择策略可以描述为：选择对应V值最大且相对当前数据节点V值至少提升ξ倍的候选节点作为转发节点，若不存在这样的候选节点则在原地等待，直到存在符合要求的可以作为转发节点的候选节点。
步骤4、如果转发节点不是目的地位置的数据节点，则返回步骤1；如果转发节点为目的地位置的数据节点，则完成转发数据流程。
以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种基于位置感知的IPv6无线传感网络中数据转发方式，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、根据包含数据节点的当前位置和目的地位置，如图1所示，构造以当前位置和目的地位置为对角线顶点的矩形候选区域，将矩形候选区域内的数据节点选为候选节点；
步骤2、对于第i个候选节点ni，计算ni与到目的地位置的数据节点p的偏差角度θ(ni,p)；
步骤3、根据对应的偏差角度、节点移动速度、节点距离目的地位置的距离，从候选节点中选取转发节点，具体为：
3.1，定义第i个候选节点ni对应的V值为：
Figure FDA0002255285250000011
其中，α是一个设定常量参数，vmax是数据节点的最大移动速度，
Figure FDA0002255285250000012
是ni到p的向量，distmax是候选节点中距离目的地位置dp的最大距离；
3.2，选择对应V值最大且相对当前数据节点V值至少提升ξ倍的候选节点作为转发节点，若不存在这样的候选节点则在原地等待，否则执行步骤4；其中，ξ为设定常量参数；
步骤4、如果转发节点不是目的地位置的数据节点，则返回步骤1；如果转发节点为目的地位置的数据节点，则完成转发数据流程。
2.根据权利要求1所述的一种基于位置感知的IPv6无线传感网络中数据转发方式，其特征在于，所述步骤2中，计算偏差角度θ(ni,p)采取公式：
Figure FDA0002255285250000013
其中，
Figure FDA0002255285250000014
为ni的移动速度，
Figure FDA0002255285250000015
为ni的位置，dp为目的地位置，
Figure FDA0002255285250000016
为从ni到p的向量。
3.根据权利要求1所述的一种基于位置感知的IPv6无线传感网络中数据转发方式，其特征在于，步骤3.1中α＝0.8。
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