CN112004256A - 路由方法、装置、电子设备及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种路由方法、装置、电子设备及存储介质,该方法包括:获取SDWSN系统中每个无线传感器节点对应的邻居节点信息及簇头优先级,根据每个无线传感器节点的邻居节点信息、簇头优先级及预设规则,确定所有簇头身份的无线传感器节点,根据所有簇头身份的无线传感器节点及预设能耗模型,建立路由树并确定每个无线传感器节点的流表规则。本发明在分簇过程中考虑无线传感器节点的剩余能量及无线传感器节点与汇聚节点之间的距离,并采用集中式分簇的方式实现簇的建立,使得分簇更加合理化;通过在能耗模型中加入农田环境因子对能量消耗的影响,使得路由树更加符合农田环境的特性,提高了部署在农田环境中的SDWSN系统的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术领域,尤其涉及一种路由方法、装置、电子设备及存储介质。
背景技术
随着无线通信技术的快速发展,一种基于软件定义的无线传感器网络(SoftwareDefined Wireless Sensor Network,简称:SDWSN)架构被提出,与传统的无线传感网络(Wireless Sensor Network,简称:WSN)相比,SDWSN网络能够有效降低无线传感器网络节点间信息交互的能耗。另外,随着上述SDWSN网络的提出,人们采用SDWSN网络对农田环境进行监测,以实现为作物生长智能决策管理及农资有效配置提供科学依据,这对精准农业的现代化发展具有重大的意义。
在上述SDWSN网络中,现有技术中常采用以低功耗自适应分簇(Low EnergyAdaptive Clustering Hierarchy,简称:LEACH)算法为基础的路由协议。在具体实现时,LEACH算法的执行是周期性地,每轮循环包括簇的建立阶段和稳定的数据传输两个阶段,在簇的建立阶段,相邻节点动态地形成簇,并随机产生簇头,且每轮循环选出的簇头都不相同,在数据传输阶段,簇成员节点向簇头传输传感数据,簇头收集并融合这些传感数据,然后,将融合后的结果传输给汇聚节点。
由于现有技术中的方法是随机选择簇头,导致簇头分布不均匀,进一步,则会导致部分无线传感器节点采集的传感数据无法被路由至汇聚节点,从而导致SDWSN系统的可靠性较低。
发明内容
本发明提供一种路由方法、装置、电子设备及存储介质,以实现无线传感器节点采集的传感数据能够被可靠路由至汇聚节点,从而提高SDWSN系统的可靠性。
第一方面,本发明提供一种路由方法,应用于部署在农田环中的基于软件定义的无线传感器网络SDWSN系统,所述方法包括:
获取所述SDWSN系统中每个无线传感器节点对应的邻居节点信息,其中,所述邻居节点信息包括所述无线传感器节点的竞争半径内的其他无线传感器节点的身份标签;
获取所述SDWSN系统中每个所述无线传感器节点对应的簇头优先级,其中,所述簇头优先级是根据所述无线传感器节点的邻居节点信息、当前剩余能量以及所述无线传感器的邻居节点与汇聚节点之间的距离得到的;
根据所述SDWSN系统中每个所述无线传感器节点的邻居节点信息、簇头优先级以及预设规则,确定所有簇头身份的无线传感器节点;
根据所有簇头身份的无线传感器节点以及预设能耗模型,建立路由树并确定每个无线传感器节点的流表规则,其中,所述无线传感器节点根据对应的流表规则传输传感数据,其中,所述预设能耗模型用于表示在农田环境中,接收或发射传感数据时,接收能耗或发射能耗与传感数据的传输距离以及农田环境因子之间的对应关系。
可选地,所述获取无线传感器节点的邻居节点信息,包括
根据公式确定所述无线传感器节点的竞争半径,其中,Ri表示无线传感器节点i的竞争半径,ΔRi表示无线传感器节点i的初始竞争半径,c为大于0且小于1的常数,dmax表示以无线传感器节点i为中心,以初始竞争半径ΔRi为半径,形成的第一区域内距离汇聚节点SINK的最大距离,dmin表示以无线传感器节点i为中心,以初始竞争半径ΔRi为半径,形成的第一区域内距离汇聚节点SINK的最大距离,Ei表示无线传感器节点i的剩余能量,Eave表示无线传感器节点i的所有邻居节点的平均剩余能量;
根据所述无线传感器节点的竞争半径内的其他无线传感器节点,确定所述无线传感器节点的邻居节点信息。
可选地,所述获取每个无线传感器节点对应的簇头优先级,包括:
根据公式获取无线传感器节点对应的簇头优先级,其中,Pr o(i)表示无线传感器节点i的簇头优先级,β为大于0且小于1的常数,Ei表示无线传感器节点i的剩余能量,SE(i)表示无线传感器节点i的所有邻居节点的剩余能量的总和,di表示无线传感器节点i到汇聚节点SINK的距离,davg表示无线传感器节点i的所有邻居节点到汇聚节点SINK的距离的平均值。
可选地,所述根据所述SDWSN系统中所有无线传感器节点的邻居节点信息、簇头优先级以及预设规则,确定所有簇头身份的无线传感器节点,包括:
将所述SDWSN系统中的所有无线传感器节点按照簇头优先级进行降序排序,并将生成的簇头优先级序列中簇头优先级最高的无线传感器节点确定为簇头身份;
在所述簇头优先级序列中,删除所述簇头身份的无线传感器节点以及簇头身份的无线传感器节点的邻居节点,生成更新后的簇头优先级序列;
重复上述过程,直至簇头优先级序列中无任何无线传感器节点为止。
可选地,所述根据所有簇头身份的无线传感器节点以及预设能耗模型,建立路由树并确定每个无线传感器节点的流表规则,包括:
根据迪杰斯特拉Dijstra算法以及所述预设能耗模型,获取簇头身份的无线传感器节点对应的至少一个路由路径;
根据所述簇头身份的无线传感器节点对应的至少一个路由路径的权重,确定簇头身份的无线传感器节点对应的最优路由路径;
根据每个所述簇头身份的无线传感器节点对应的最优路由路径,确定所述路由树,并根据所述路由树确定每个无线传感器节点的流表规则。
可选地,所述预设能耗模型包括:自由空间能耗模型和多路空间衰减能耗模型。
可选地,所述方法还包括:根据所述无线传感器节点的生存状态更新所述路由树,并重新确定每个无线传感器节点的流表规则。
第二方面,本发明提供一种路由装置,应用于部署在农田环境中的基于软件定义的无线传感器网络SDWSN系统,所述装置包括:
第一获取模块,用于获取所述SDWSN系统中每个无线传感器节点对应的邻居节点信息,其中,所述邻居节点信息包括所述无线传感器节点的竞争半径内的其他无线传感器节点的身份标签;
第二获取模块,用于获取所述SDWSN系统中每个所述无线传感器节点对应的簇头优先级,其中,所述簇头优先级是根据所述无线传感器节点的邻居节点信息、当前剩余能量以及所述无线传感器的邻居节点与汇聚节点之间的距离得到的;
第一确定模块,用于根据所述SDWSN系统中每个所述无线传感器节点的邻居节点信息、簇头优先级以及预设规则,确定所有簇头身份的无线传感器节点;
建立模块,用于根据所有簇头身份的无线传感器节点以及预设能耗模型,建立路由树并确定每个无线传感器节点的流表规则,其中,所述无线传感器节点根据对应的流表规则传输传感数据,其中,所述预设能耗模型用于表示在农田环境中,接收或发射传感数据时,传输距离与接收能耗或发射能耗之间的对应关系。
第三方面,本发明提供一种电子设备,应用于部署在农田环境的基于软件定义的无线传感器网络SDWSN系统,所述电子设备包括:存储器、处理器以及计算机程序指令;
所述存储器存储所述计算机程序指令;
所述处理器执行所述计算机程序指令,以执行如第一方面所述的方法。
第四方面,本发明提供一种存储介质,包括:程序;
所述程序在被处理器执行时,以执行第一方面所述的方法。
本发明提供一种路由方法、装置、电子设备及存储介质,其中,该方法包括:首先,获取SDWSN系统中每个无线传感器节点对应的邻居节点信息以及簇头优先级,进一步,根据每个无线传感器节点的邻居节点信息、簇头优先级以及预设规则,确定所有簇头身份的无线传感器节点,进一步,根据所有簇头身份的无线传感器节点以及预设能耗模型,建立路由树并确定每个无线传感器节点的流表规则,其中,无线传感器节点根据对应的流表规则传输传感数据,预设能耗模型用于表示在农田环境中,接收或发射传感数据时,接收能耗或发射能耗与传感数据的传输距离以及农田环境因子之间的对应关系。本实施例通过在分簇过程中考虑到无线传感器节点的剩余能量以及无线传感器节点与汇聚节点之间的距离的影响并采用集中式分簇的方式实现簇的建立,使得分簇更加合理化;通过考虑农田环境的复杂性,在能耗模型中加入了农田环境因子对能量消耗的影响,使得路由树更加符合农田环境的特性,提高了部署在农田环境中的SDWSN系统的可靠性。
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做一简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图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性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的路由方法的应用场景示意图;
图2为本发明提供的路由方法实施例一的流程示意图;
图3为本发明提供的路由方法实施例二的流程示意图;
图4为本发明提供的路由方法实施例三的流程示意图;
图5为采用本发明提供的路由方法的效果示意图;
图6为本发明提供的路由装置实施例一的结构示意图;
图7为本发明提供的路由装置实施例二的结构示意图;
图8为本发明提供的路由装置实施例三的结构示意图;
图9为本发明提供的电子设备实施例一的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,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做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为本发明提供的路由方法的应用场景示意图。如图1所示,本发明提供的路由方法应用于部署在农田环境中的基于软件定义的无线传感器SDWSN系统。SDWSN系统中包含汇聚节点2以及至少一个无线传感器节点1,无线传感器节点1与汇聚节点2之间通过无线连接,并进行数据交互,其中,汇聚节点2为SDWSN系统的控制层,能够集中管理SDWSN系统中的所有设备,无线传感器节点1为SDWSN系统中的数据转发层,能够采集农田环境中相关传感数据。
无线传感器节点1采集传感数据,并按照SDWSN系统中的路由协议将传感数据传输至汇聚节点2,汇聚节点2接收到传感数据之后,将其上传至应用层,以使应用层对传感数据进行分析,从而为精准农业管理以及有效农资配置提供决策依据。
现有技术中,通常采用以低功耗自适应分簇LEACH算法为基础的路由协议,LEACH算法的执行时周期性地,每轮循环包括簇的建立阶段和稳定的数据传输两个阶段,在簇的建立阶段,相邻节点动态地形成簇,并随机产生簇头,且每轮循环选出的簇头都不相同,在数据传输阶段,簇成员节点向簇头传输传感数据,簇头接收并融合这些传感数据,然后,簇头直接将融合后的结果传输给汇聚节点。
由于采用LEACH算法时,是随机产生簇头,导致簇头分布不均匀,进一步,则会导致部分无线传感器节点采集的传感数据无法被路由至汇聚节点,导致SDWSN系统的可靠性较低。
另外,由于簇头节点与汇聚节点之间是采用单跳通信的方式,加快了簇头节点、以及汇聚节点的能量消耗,从而限制了网络规模。
基于现有技术中存在的技术缺陷,本发明实施例提供一种路由方法,以提高SDWSN系统的可靠性。
图2为本发明提供的路由方法实施例一的流程示意图。本实施例提供的路由方法的执行主体可以为本发明实施例提供的路由装置,该装置可以通过任意的软件和/或硬件的方式实现。
示例性地,该装置可以为终端设备、计算机系统、服务器等电子设备,其可与众多其它通用或专用计算系统环境或配置一起操作。适于与终端设备、计算机系统、服务器等电子设备一起使用的众所周知的终端设备、计算系统、环境和/或配置的例子包括但不限于:个人计算机系统,服务器计算机系统,手持或膝上设备,基于微处理器、CPU、GPU的系统,可编程消费电子产品,网络个人电脑,小型计算机系统,大型计算机系统和包括上述任何系统的分布式云计算技术环境,等等。
终端设备、计算机系统、服务器等电子设备可以在由计算机系统执行的计算机系统可执行指令(诸如程序模块)的一般语境下描述。通常,程序模块可以包括例程、程序、目标程序、组件、逻辑、数据结构等等,它们执行特定的任务或者实现特定的抽象数据类型。计算机系统/服务器可以在分布式云计算环境中实施,分布式云计算环境中,任务是由通过通信网络链接的远程处理设备执行的。在分布式云计算环境中,程序模块可以位于包括存储设备的本地或远程计算系统存储介质上。
如图2所示,本实施例的方法包括:
S201、获取SDWSN系统中每个无线传感器节点对应的邻居节点信息。
其中,邻居节点信息包括无线传感器节点的竞争半径内的其他无线传感器节点的身份标签,该身份标签可以唯一标识该无线传感器节点,例如,身份标签可以为预先分配的数字标号;且邻居节点信息可以多种不同的数据结构存储于路由装置中,例如,以邻居节点列表的形式存储,该邻居节点列表中无线传感器节点的身份标签与其邻居节点的身份标签相互对应。示例性地,若某无线传感器的竞争半径内只有一个邻居节点,则邻居节点列表中该无线传感器节点的身份标签与唯一的邻居节点的身份标签相互对应;若某无线传感器节点的竞争半径内有多个邻居节点,则邻居节点列表中该无线传感器节点的身份标签与多个邻居节点的身份标签相互对应。
竞争半径是与无线传感器节点的剩余能量、以及无线传感器节点与汇聚节点的距离相关的参数,竞争半径能够表征无线传感器节点的通讯覆盖能力,因此,可根据无线传感器节点的剩余能量以及无线传感器节点与汇聚节点的距离获取无线传感器节点的竞争半径。
一种可能的实现方式,通过以下方式获取无线传感器节点的邻居节点信息:首先,根据公式(1),确定所述无线传感器节点的竞争半径:
其中,Ri表示无线传感器节点i的竞争半径,ΔRi表示无线传感器节点i的初始竞争半径,c为大于0且小于1的常数,dmax表示以无线传感器节点i为中心,以初始竞争半径ΔRi为半径,形成的第一区域内距离汇聚节点SINK的最大距离,dmin表示以无线传感器节点i为中心,以初始竞争半径ΔRi为半径,形成的第一区域内距离汇聚节点SINK的最大距离,Ei表示无线传感器节点i的剩余能量,Eave表示无线传感器节点i的所有邻居节点的平均剩余能量。
进一步,根据无线传感器节点的竞争半径内的其他无线传感器节点,确定无线传感器节点的邻居节点信息。通过以上公式可获取SDWSN系统中所有无线传感器节点的邻居列表信息。
本步骤中,在获取无线传感器节点的竞争半径时,由于考虑无线传感器节点的能量以及无线传感器节点与汇聚节点之间的距离,使得竞争半径更加合理化,符合农田环境的应用场景。
S202、获取SDWSN系统中每个无线传感器节点对应的簇头优先级。
其中,簇头优先级表示在簇的建立过程中,无线传感器节点竞争成为簇头身份的能力。在实际应用中,可将簇头优先级数值化,因此,簇头优先级对应的值越高,说明该无线传感器节点竞争称为簇头的可能性越大,相反,簇头优先级对应的值越低,说明该无线传感器节点竞争成为簇头的可能性越小。
一种可能的实现方式,根据无线传感器节点的邻居节点信息、当前剩余能量以及无线传感器的邻居节点与汇聚节点之间的距离,获取无线传感器节点的簇头优先级。
具体地,根据公式(2),获取无线传感器节点对应的簇头优先级;
其中,Pr o(i)表示无线传感器节点i的簇头优先级,β为大于0且小于1的常数,Ei表示无线传感器节点i的剩余能量,SE(i)表示无线传感器节点i的所有邻居节点的剩余能量的总和,di表示无线传感器节点i到汇聚节点SINK的距离,davg表示无线传感器节点i的所有邻居节点到汇聚节点SINK的距离的平均值。在实际应用中,将上述各个参数代入公式中,即可获得无线传感器节点的簇头优先级。通过上述公式(2),可获取SDWSN系统中所有无线传感器节点的簇头优先级。
S203、根据SDWSN系统中无线传感器节点的邻居节点信息、簇头优先级以及预设规则,确定所有簇头身份的无线传感器节点。
具体地,首先将SDWSN系统中所有无线传感器节点按照簇头优先级进行降序排序,生成簇头优先级序列,并将簇头优先级序列中簇头优先级最高的无线传感器节点确定为簇头身份,接着,在簇头优先级序列中,删除已确定为簇头身份的无线传感器节点以及簇头身份的无线传感器节点的邻居节点,从而生成更新后的簇头优先级序列,重复上述过程,直至簇头优先级序列中无任何无线传感器节点为止。进而完成分簇的过程。
需要说明的是,本步骤中,在确定簇头身份的无线传感器节点后,可以理解的是,同时将其竞争半径内的邻居节点确定为该簇的簇成员。
S204、根据所有簇头身份的无线传感器节点以及预设能耗模型,建立路由树并确定每个无线传感器节点的流表规则。
本步骤中,路由装置根据所有簇头身份的无线传感器节点以及预设能耗模型,建立路由树,根据路由树确定每个无线传感器节点的流表规则,这里的流表规则即为路由路径信息,无线传感器节点根据对应的流表规则传输传感数据,其中,所述预设能耗模型用于表示在农田环境中,接收或发射传感数据时,接收能耗或发射能耗与传感数据的传输距离以及农田环境因子之间的对应关系。具体地,预设能耗模型包括:自由空间能耗模型和多路空间衰减能耗模型,可通过以下公式(3)和公式(4)表示上述预设能耗模型:
ERx(k,d)=kerx 公式(4)
在上述公式中,ETx(k,d)表示无线传感器节点将k个bit单位的信息量传送到距离d处时对应的发射能耗,ERx(k)表示无线传感器节点接收k个bit单位的信息量时的接收能耗,etx,erx分别是发送和接收单位信息量的能耗,d0表示无线传输能耗参考阈值,εfs,εmp分别为自由空间能耗模型的功率放大系数和多路空间衰减能耗模型的功率放大系数,μ是能耗与农田环境因子PASD之间的能耗参数,其中,Al为预设区域内作物叶面积,Ac为预设区域内作物茎杆面积,Af为预设区域内作物果实表面积,AG为预设区域内土地面积,Hp为植株高度。
由于农田环境是较为复杂的渐变环境,在农田环境中无线信号传播会受到很多复杂因素的影响,农田环境中监测区域面积较大,且作物种类、高度、密度等因素都会对无线信号传播造成影响,根据农田环境中多种影响因素确定农田环境因子,在建立路由树时,将农田环境因子考虑进去,能够使得建立的路由树更加符合SDWSN系统的应用场景,从而有效提升SDWSN系统的可靠性。
本实施例中,通过获取SDWSN系统中每个无线传感器节点对应的邻居节点信息以及簇头优先级,进一步,根据每个无线传感器节点的邻居节点信息、簇头优先级以及预设规则,确定所有簇头身份的无线传感器节点,进一步,根据所有簇头身份的无线传感器节点以及预设能耗模型,建立路由树并确定每个无线传感器节点的流表规则,其中,无线传感器节点根据对应的流表规则传输传感数据,预设能耗模型用于表示在农田环境中,接收或发射传感数据时,接收能耗或发射能耗与传感数据的传输距离以及农田环境因子之间的对应关系。本实施例通过在分簇过程中考虑到无线传感器节点的剩余能量以及无线传感器节点与汇聚节点之间的距离的影响并采用集中式分簇的方式实现簇的建立,使得分簇更加合理化;通过考虑农田环境的复杂性,在能耗模型中加入了农田环境因子对能量消耗的影响,使得路由树更加符合农田环境的特性,提高了部署在农田环境中的SDWSN系统的可靠性。
图3为本发明提供的路由方法实施例二的流程示意图。如图3所示,本实施例的方法包括:
S301、获取SDWSN系统中每个无线传感器节点对应的邻居节点信息。
S302、获取SDWSN系统中每个无线传感器节点对应的簇头优先级。
S303、根据SDWSN系统中无线传感器节点的邻居节点信息、簇头优先级以及预设规则,确定所有簇头身份的无线传感器节点。
本实施例中步骤S301-S303与图2所示实施例中步骤S201-S203类似,可参照图2所示实施例中的详细描述,此处不再赘述。
在图2所示实施例的基础上,步骤S204、根据所有簇头身份的无线传感器节点以及预设能耗模型,建立路由树并确定每个无线传感器节点的流表规则,可通过本实施例中步骤S304-S306实现:
S304、根据迪杰斯特拉Dijstra算法以及预设能耗模型,获取簇头身份的无线传感器节点对应的至少一个路由路径。
迪杰斯特拉Dijstra算法是由荷兰计算机科学家狄克斯特拉于1959年提出的,因此,也称为狄克斯特拉算法,该算法是关于从一个顶点到其余各项顶点的最短路径算法。本步骤中,将SDWSN系统中的汇聚节点以及簇头身份的无线传感器节点看作是顶点,采用Dijstra算法解决SDWSN系统中最短路径的问题。
具体地,采用Dijstra算法,以簇头身份的无线传感器节点为起点,汇聚节点为终点,生成簇头身份的无线传感器节点对应的至少一个路由路径,也就是说,每个簇头身份的无线传感器节点均对应至少一个路由路径,且该至少一个路由路径均是以无线传感器节点为起点,汇聚节点为终点的路径。
S305、根据簇头身份的无线传感器节点对应的至少一个路由路径的权重,确定簇头身份的无线传感器节点对应的最优路由路径。
上述步骤S304中每个簇头身份的无线传感器节点分别对应至少一个路由路径,每个路由路径分别对应一个链路权重,该链路权重与无线传感器节点的剩余能量以及该无线传感器节点与汇聚节点之间的距离相关。根据每条路由路径的权重,确定其中具有最小权重值的路由路径为该簇头身份的无线传感器节点至汇聚节点之间的最优路由路径。
S306、根据每个簇头身份的无线传感器节点对应的最优路由路径,确定所述路由树,并根据所述路由树确定每个无线传感器节点的流表规则。
在实际应用中,在每个簇内,簇成员身份的无线传感器节点将采集到的传感数据传输至簇头身份的无线传感器节点,通过簇头身份的无线传感器节点按照流表规则将传感数据传输至汇聚节点,因此,本步骤中,仅需确定SDWSN系统中所有簇头身份的无线传感器节点至汇聚节点的路由路径,即可确定SDWSN系统中所有无线传感器节点的路由路径。
本实施例中,通过在分簇过程中考虑到无线传感器节点的剩余能量以及无线传感器节点与汇聚节点之间的距离的影响并采用集中式分簇的方式实现簇的建立,使得分簇更加合理化;通过考虑农田环境的复杂性,在能耗模型中加入了农田环境因子对能量消耗的影响,使得路由树更加符合农田环境的特性,提高了部署在农田环境中的SDWSN系统的可靠性。进一步,采用迪杰斯特拉算法获取SDWSN系统中的最短路径,
图4为本发明提供的路由方法实施例三的流程示意图。如图4所示,本实施例的方法包括:
S401、获取SDWSN系统中每个无线传感器节点对应的邻居节点信息。
S402、获取SDWSN系统中每个无线传感器节点对应的簇头优先级。
S403、根据SDWSN系统中无线传感器节点的邻居节点信息、簇头优先级以及预设规则,确定所有簇头身份的无线传感器节点。
S404、根据迪杰斯特拉Dijstra算法以及预设能耗模型,获取簇头身份的无线传感器节点对应的至少一个路由路径。
S405、根据簇头身份的无线传感器节点对应的至少一个路由路径的权重,确定簇头身份的无线传感器节点对应的最优路由路径。
S406、根据每个簇头身份的无线传感器节点对应的最优路由路径,确定所述路由树,并根据所述路由树确定每个无线传感器节点的流表规则。
本实施例中步骤S401-S406与图3所示实施例中步骤S301-S306类似,可参照图3所示实施例中的详细描述,此处不再赘述。
S407、根据无线传感器节点的生存状态更新路由树,并重新确定每个无线传感器节点的流表规则。
由于本实施例中的方法可周期性的执行,因此,在每个周期结束后,获取无线传感器节点的生存状态,更新路由树。
一种可能的实现方式,获取簇头身份的无线传感器节点的剩余能量,若剩余能量小于预设阈值,则在该簇内根据簇头优先级重新确定簇头身份的无线传感器节点,进而路由装置采用更新后的簇头身份的无线传感器节点的身份标签,替换路由树中该簇先前簇首身份的无线传感器节点的标签,从而获取更新后的路由树,之后,根据更新后的路由树确定每个无线传感器节点的流表规则。可选地,路由装置还可将更新后的流表规则下发至相应的无线传感器节点,以使无线传感器节点根据更新后的流表规则传输传感数据。
也就是说,该簇内的簇成员身份的无线传感器节点将采集到的传感数据传输至更新后的簇头身份的无线传感器节点,以使更新后的簇头身份的无线传感器节点将传感数据传输至汇聚节点。
需要说明的是,若SDWSN系统中所有无线传感器节点均死亡,则判断整个SDWSN系统死亡。
本实施例中,通过集中式分簇的方式进行分簇,进一步,在分簇过程中考虑到无线传感器节点的剩余能量以及无线传感器节点与汇聚节点之间的距离的影响,使得分簇更加合理化;通过考虑农田环境的复杂性,在能耗模型中加入了农田环境因子对能量消耗的影响,使得路由树更加符合农田环境的特性,提高了部署在农田环境中的SDWSN系统的可靠性;通过根据无线传感器节点的生存状态更新路由树,降低传感数据因无线传感器节点死亡而无法被传输至汇聚节点的现象,进一步提高了部署在农田环境中的SDWSN系统的可靠性的可靠性。
图5为采用本发明提供的路由方法的效果示意图。如图5所示,在该监测区域内,通过本实施例所示的方法进行分簇,得到7个簇,每个簇内包含簇首身份的无线传感器节点以及多个簇成员身份的无线传感器节点,在该监测区域外还包括汇聚节点,无线传感器节点采集的传感数据传输至汇聚节点,以使汇聚节点将传感数据传输至应用层(这里,应用层并未示出),图5中箭头所示的方向即为簇头身份的无线传感器节点至汇聚节点的路由路径,且该路由路径是采用本发明实施例的方法确定的,更加符合农田环境的应用场景。
图6为本发明提供的路由装置实施例一的结构示意图。如图6所示,本实施例的装置60包括:第一获取模块61、第二获取模块62、第一确定模块63、以及建立模块64。
其中,第一获取模块61,用于获取所述SDWSN系统中每个无线传感器节点对应的邻居节点信息,其中,所述邻居节点信息包括所述无线传感器节点的竞争半径内的其他无线传感器节点的身份标签。
第二获取模块62,用于获取所述SDWSN系统中每个所述无线传感器节点对应的簇头优先级,其中,所述簇头优先级是根据所述无线传感器节点的邻居节点信息、当前剩余能量以及所述无线传感器的邻居节点与汇聚节点之间的距离得到的。
第一确定模块63,用于根据所述SDWSN系统中每个所述无线传感器节点的邻居节点信息、簇头优先级以及预设规则,确定所有簇头身份的无线传感器节点。
建立模块64,用于根据所有簇头身份的无线传感器节点以及预设能耗模型,建立路由树并确定每个无线传感器节点的流表规则,其中,所述无线传感器节点根据对应的流表规则传输传感数据,其中,所述预设能耗模型用于表示在农田环境中,接收或发射传感数据时,传输距离与接收能耗或发射能耗之间的对应关系。
可选地,预设能耗模型包括:自由空间能耗模型和多路空间衰减能耗模型。
本实施例的装置,可以用于执行图2所示方法实施例的技术方案,其实现原理和技术效果类似,此处不再赘述。
在图6所示实施例的基础上,第一获取模块61,具体通过以下方式获取SDWSN系统中每个无线传感器节点对应的邻居节点信息:
首先,根据公式确定所述无线传感器节点的竞争半径,其中,Ri表示无线传感器节点i的竞争半径,ΔRi表示无线传感器节点i的初始竞争半径,c为大于0且小于1的常数,dmax表示以无线传感器节点i为中心,以竞争半径Ri为半径,该范围内距离汇聚节点SINK的最大距离,dmin表示以无线传感器节点i为中心,以初始竞争半径ΔRi为半径,该范围内距离汇聚节点SINK的最大距离,Ei表示无线传感器节点i的自身剩余能量,Eave表示无线传感器节点i的所有邻居节点的平均剩余能量;进一步,根据所述无线传感器节点的竞争半径内的其他无线传感器节点,确定所述无线传感器节点的邻居节点信息。
在一些实施例中,第二获取模块62,通过以下方式获取每个无线传感器节点对应的簇头优先级:
根据公式获取无线传感器节点对应的簇头优先级,其中,Pr o(i)表示无线传感器节点i的簇头优先级,β为大于0且小于1的常数,Ei表示无线传感器节点i的剩余能量,SE(i)表示无线传感器节点i的所有邻居节点的剩余能量的总和,di表示无线传感器节点i到汇聚节点SINK的距离,davg表示无线传感器节点i的所有邻居节点到汇聚节点SINK的距离的平均值。
在一些实施例中,第一确定模块63,具体用于:
将所述SDWSN系统中的所有无线传感器节点按照簇头优先级进行降序排序,并将生成的簇头优先级序列中簇头优先级最高的无线传感器节点确定为簇头身份;
在所述簇头优先级序列中,删除所述簇头身份的无线传感器节点以及簇头身份的无线传感器节点的邻居节点,生成更新后的簇头优先级序列;
重复上述过程,直至簇头优先级序列中无任何无线传感器节点为止。
图7为本发明提供的路由装置实施例二的结构示意图。如图7所示,本实施例的装置70在图6所示装置结构的基础上,进一步地,建立模块64包括:第三获取子模块641、第二确定子模块642、以及建立子模块643。
第三获取子模块641,具体用于根据迪杰斯特拉Dijstra算法以及所述预设能耗模型,获取簇头身份的无线传感器节点对应的至少一个路由路径。
第二确定子模块642,具体用于根据所述簇头身份的无线传感器节点对应的至少一个路由路径的权重,确定簇头身份的无线传感器节点对应的最优路由路径。
建立子模块643,具体用于根据每个所述簇头身份的无线传感器节点对应的最优路由路径,确定所述路由树,并根据所述路由树确定每个无线传感器节点的流表规则。
本实施例的装置,可以用于执行图3所示方法实施本实施例的装置,其实现原理和技术效果类似,此处不再赘述。
图8为本发明提供的路由装置实施例三的结构示意图。如图8所示,本实施例的装置80在图7所示实施例的基础上,还包括:更新模块65。
更新模块65,具体用于根据所述无线传感器节点的生存状态更新所述路由树,并重新确定每个所述无线传感器节点的流表规则。
本实施例的装置,可以用于执行图4所示方法实施本实施例的装置,其实现原理和技术效果类似,此处不再赘述。
图9为本发明提供的电子设备实施例一的结构示意图。如图9所示,本实施例的电子设备90包括:存储器91和处理器92;
存储器91可以是独立的物理单元,与处理器92可以通过总线93连接。存储器91、处理器92也可以集成在一起,通过硬件实现等。
存储器91用于存储实现以上方法实施例,处理器92调用该程序,执行以上方法实施例的操作。
可选地,当上述实施例的方法中的部分或全部通过软件实现时,上述电子设备90也可以只包括处理器92。用于存储程序的存储器91位于电子设备90之外,处理器92通过电路/电线与存储器连接,用于读取并执行存储器中存储的程序。
处理器92可以是中央处理器(Central Processing Unit,CPU),网络处理器(Network Processor,NP)或者CPU和NP的组合。
处理器92还可以进一步包括硬件芯片。上述硬件芯片可以是专用集成电路(Application-Specific Integrated Circuit,ASIC),可编程逻辑器件(ProgrammableLogic Device,PLD)或其组合。上述PLD可以是复杂可编程逻辑器件(ComplexProgrammable Logic Device,CPLD),现场可编程逻辑门阵列(Field-Programmable GateArray,FPGA),通用阵列逻辑(Generic Array Logic,GAL)或其任意组合。
存储器91可以包括易失性存储器(Volatile Memory),例如随机存取存储器(Random-Access Memory,RAM);存储器也可以包括非易失性存储器(Non-volatileMemory),例如快闪存储器(Flash Memory),硬盘(Hard Disk Drive,HDD)或固态硬盘(Solid-state Drive,SSD);存储器还可以包括上述种类的存储器的组合。
本发明还提供一种程序产品,例如,计算机可读存储介质,可读存储介质中包括程序,程序在被处理器执行时,以执行以上方法。
本领域普通技术人员可以理解:实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时,执行包括上述各方法实施例的步骤;而前述的存储介质包括:ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种路由方法,其特征在于,应用于部署在农田环境中的基于软件定义的无线传感器网络SDWSN系统,所述方法包括:
获取所述SDWSN系统中每个无线传感器节点对应的邻居节点信息,其中,所述邻居节点信息包括所述无线传感器节点的竞争半径内的其他无线传感器节点的身份标签;
获取所述SDWSN系统中每个所述无线传感器节点对应的簇头优先级,其中,所述簇头优先级是根据所述无线传感器节点的邻居节点信息、当前剩余能量以及所述无线传感器的邻居节点与汇聚节点之间的距离得到的;
根据所述SDWSN系统中每个所述无线传感器节点的邻居节点信息、簇头优先级以及预设规则,确定所有簇头身份的无线传感器节点;
根据所有簇头身份的无线传感器节点以及预设能耗模型,建立路由树并确定每个无线传感器节点的流表规则,其中,所述无线传感器节点根据对应的流表规则传输传感数据,其中,所述预设能耗模型用于表示在农田环境中,接收或发射传感数据时,接收能耗或发射能耗与传感数据的传输距离以及农田环境因子之间的对应关系。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述获取无线传感器节点的邻居节点信息,包括:
根据公式确定所述无线传感器节点的竞争半径,其中,Ri表示无线传感器节点i的竞争半径,ΔRi表示无线传感器节点i的初始竞争半径,c为大于0且小于1的常数,dmax表示以无线传感器节点i为中心,以初始竞争半径ΔRi为半径,形成的第一区域内距离汇聚节点SINK的最大距离,dmin表示以无线传感器节点i为中心,以初始竞争半径ΔRi为半径,形成的第一区域内距离汇聚节点SINK的最大距离,Ei表示无线传感器节点i的剩余能量,Eave表示无线传感器节点i的所有邻居节点的平均剩余能量;
根据所述无线传感器节点的竞争半径内的其他无线传感器节点,确定所述无线传感器节点的邻居节点信息。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述根据所述SDWSN系统中所有无线传感器节点的邻居节点信息、簇头优先级以及预设规则,确定所有簇头身份的无线传感器节点,包括:
将所述SDWSN系统中的所有无线传感器节点按照簇头优先级进行降序排序,并将生成的簇头优先级序列中簇头优先级最高的无线传感器节点确定为簇头身份;
在所述簇头优先级序列中,删除所述簇头身份的无线传感器节点以及簇头身份的无线传感器节点的邻居节点,生成更新后的簇头优先级序列;
重复上述过程,直至簇头优先级序列中无任何无线传感器节点为止。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述根据所有簇头身份的无线传感器节点以及预设能耗模型,建立路由树并确定每个无线传感器节点的流表规则,包括:
根据迪杰斯特拉Dijstra算法以及所述预设能耗模型,获取簇头身份的无线传感器节点对应的至少一个路由路径;
根据所述簇头身份的无线传感器节点对应的至少一个路由路径的权重,确定簇头身份的无线传感器节点对应的最优路由路径;
根据每个所述簇头身份的无线传感器节点对应的最优路由路径,确定所述路由树,并根据所述路由树确定每个无线传感器节点的流表规则。
6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,所述预设能耗模型包括:自由空间能耗模型和多路空间衰减能耗模型。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述方法还包括:根据所述无线传感器节点的生存状态更新所述路由树,并重新确定每个无线传感器节点的流表规则。
8.一种路由装置,其特征在于,应用于部署在农田环境中的基于软件定义的无线传感器网络SDWSN系统,所述装置包括:
第一获取模块,用于获取所述SDWSN系统中每个无线传感器节点对应的邻居节点信息,其中,所述邻居节点信息包括所述无线传感器节点的竞争半径内的其他无线传感器节点的身份标签;
第二获取模块,用于获取所述SDWSN系统中每个所述无线传感器节点对应的簇头优先级,其中,所述簇头优先级是根据所述无线传感器节点的邻居节点信息、当前剩余能量以及所述无线传感器的邻居节点与汇聚节点之间的距离得到的;
第一确定模块,用于根据所述SDWSN系统中每个所述无线传感器节点的邻居节点信息、簇头优先级以及预设规则,确定所有簇头身份的无线传感器节点;
建立模块,用于根据所有簇头身份的无线传感器节点以及预设能耗模型,建立路由树并确定每个无线传感器节点的流表规则,其中,所述无线传感器节点根据对应的流表规则传输传感数据,其中,所述预设能耗模型用于表示在农田环境中,接收或发射传感数据时,传输距离与接收能耗或发射能耗之间的对应关系。
9.一种电子设备,其特征在于,应用于部署在农田环境的基于软件定义的无线传感器网络SDWSN系统,所述电子设备包括:存储器、处理器以及计算机程序指令;
所述存储器存储所述计算机程序指令;
所述处理器执行所述计算机程序指令,以执行如权利要求1至7任一项所述的方法。
10.一种存储介质,其特征在于,包括:程序;
所述程序在被处理器执行时,以执行如权利要求1至7任一项所述的方法。
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