專利名稱：一種支持隨機(jī)移動(dòng)的移動(dòng)傳感網(wǎng)路由方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是ー種支持隨機(jī)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的節(jié)能的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)解決方案。主要用于解決無(wú)線傳感網(wǎng)中處理個(gè)別節(jié)點(diǎn)移動(dòng)和節(jié)能的問(wèn)題，屬于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)和嵌入式的交叉技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
傳感器技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)及無(wú)線通信技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)等的發(fā)展，使得帶有無(wú)線通信能力、計(jì)算能力、存儲(chǔ)能力和電池電源的無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)變得越來(lái)越廉價(jià)。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)被廣泛配置在各種不同級(jí)別的應(yīng)用中，如醫(yī)療監(jiān)護(hù)、農(nóng)作物土壌監(jiān)測(cè)、邊境保護(hù)、航海航空探索、戰(zhàn)場(chǎng)和敵方環(huán)境偵察以及各種各樣的培訓(xùn)和監(jiān)視應(yīng)用，如緊急預(yù)備和響應(yīng)。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)成為當(dāng)前國(guó)際上備受關(guān)注的、由多學(xué)科高度交叉的新興 前沿研究熱點(diǎn)領(lǐng)域。在傳統(tǒng)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究和應(yīng)用中，傳感器節(jié)點(diǎn)是保持不動(dòng)的，如森林火險(xiǎn)監(jiān)測(cè)和農(nóng)作物土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)，只需要將傳感器節(jié)點(diǎn)靜態(tài)地分布在感知區(qū)域，但是在很多情況下，傳感器節(jié)點(diǎn)是需要移動(dòng)的。導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)移動(dòng)的原因有很多，如受環(huán)境影響(如在風(fēng)或者水的環(huán)境中)、部署區(qū)域內(nèi)有可移動(dòng)的平臺(tái)(如目標(biāo)跟蹤中的機(jī)器人、戰(zhàn)場(chǎng)偵察中的士兵)或者在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中使用移動(dòng)設(shè)備(如飛機(jī)和車輛)。由于移動(dòng)，傳感器節(jié)點(diǎn)在最初的部署之后可能要改變它們的位置，節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)導(dǎo)致原來(lái)的網(wǎng)絡(luò)連接斷裂、路由中斷、數(shù)據(jù)信息不能正常收集和傳送。傳感器節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)使得需要設(shè)計(jì)新的路由協(xié)議來(lái)適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的改變。本發(fā)明中移動(dòng)傳感器網(wǎng)由分散的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)和部分靜態(tài)節(jié)點(diǎn)組成，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)除了具有傳統(tǒng)節(jié)點(diǎn)的傳感、計(jì)算和通信能力外，還具有一定的機(jī)動(dòng)能力。對(duì)于ー些危險(xiǎn)場(chǎng)合和動(dòng)態(tài)環(huán)境對(duì)象，如災(zāi)難現(xiàn)場(chǎng)緊急救援、建筑物內(nèi)危險(xiǎn)品泄漏等，傳統(tǒng)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)部署方法實(shí)現(xiàn)起來(lái)將十分困難甚至失效，而移動(dòng)傳感器網(wǎng)絡(luò)的機(jī)動(dòng)能力使問(wèn)題迎刃而解。網(wǎng)絡(luò)層路由協(xié)議是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的一種關(guān)鍵的支撐技木，路由協(xié)議的優(yōu)劣直接影響到網(wǎng)絡(luò)的性能。移動(dòng)傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)使得移動(dòng)傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議既不同于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議，也與應(yīng)用于傳統(tǒng)靜態(tài)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議以及應(yīng)用于移動(dòng)Ad hoc網(wǎng)的協(xié)議存在差別。傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議設(shè)計(jì)主要是避免網(wǎng)絡(luò)擁塞、保持網(wǎng)絡(luò)的連通性和高質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，靜態(tài)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由沒(méi)有考慮節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性，而移動(dòng)Adhoc網(wǎng)的協(xié)議所支持的節(jié)點(diǎn)不存在能量的限制。相對(duì)于已經(jīng)廣泛應(yīng)用的傳統(tǒng)靜態(tài)傳感器網(wǎng)絡(luò)，移動(dòng)傳感器網(wǎng)絡(luò)近年來(lái)才引起人們的廣泛關(guān)注。節(jié)點(diǎn)移動(dòng)使移動(dòng)傳感器網(wǎng)絡(luò)路由算法的設(shè)計(jì)變得非常復(fù)雜，一方面要頻繁更新路徑以適應(yīng)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)的需要，另ー方面又要設(shè)法降低占空比，最大化電池壽命，這兩個(gè)要求之間是相互矛盾的
發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明的目的是解決移動(dòng)傳感網(wǎng)中移動(dòng)節(jié)點(diǎn)和延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間的問(wèn)題，構(gòu)建ー個(gè)移動(dòng)傳感器網(wǎng)絡(luò)模型，利用改進(jìn)的分簇路由算法和GPS定位使移動(dòng)節(jié)點(diǎn)穩(wěn)定的傳輸信息和延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的生存時(shí)間。技術(shù)方案本發(fā)明的方法是ー種改進(jìn)性和綜合性的方法，綜合了分簇的路由協(xié)議和GPS定位功能，在移動(dòng)傳感器網(wǎng)中移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)速度限定在緩慢的移動(dòng)狀態(tài)。通過(guò)對(duì)路由協(xié)議的改進(jìn)保證傳輸數(shù)據(jù)的穩(wěn)定。一、體系結(jié)構(gòu)
移動(dòng)無(wú)線傳感網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)由兩部分組成，一個(gè)部分是位置不變的靜止節(jié)點(diǎn)組成的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，另一部分是單個(gè)或部分的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)。 I.靜止節(jié)點(diǎn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
移動(dòng)無(wú)線傳感網(wǎng)是由位置不變的靜止節(jié)點(diǎn)組成的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為中心，網(wǎng)路中的各節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)消息的采集以及消息的分組轉(zhuǎn)發(fā)；移動(dòng)節(jié)點(diǎn)根據(jù)簇頭對(duì)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)計(jì)算出的分?jǐn)?shù)值，決定加入哪個(gè)簇。2.移動(dòng)節(jié)點(diǎn)
移動(dòng)節(jié)點(diǎn)由一個(gè)移動(dòng)的信息采集節(jié)點(diǎn)和部分可移動(dòng)的備用簇頭節(jié)點(diǎn)組成，
移動(dòng)的信息采集節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)信息的采集并通過(guò)合適的簇頭將信息傳到基站。當(dāng)某個(gè)簇頭節(jié)點(diǎn)電量不足時(shí)，可移動(dòng)的備用簇頭節(jié)點(diǎn)就移動(dòng)到該簇頭位置，代替該簇頭工作。ニ、方法流程
I.利用改進(jìn)的分簇路由算法形成靜態(tài)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
(1)選擇簇頭
簇頭節(jié)點(diǎn)的選擇依據(jù)網(wǎng)絡(luò)中所需要的簇頭節(jié)點(diǎn)總數(shù)，具體的選擇辦法是每個(gè)移動(dòng)傳感網(wǎng)節(jié)點(diǎn)隨機(jī)選擇0-1之間的ー個(gè)值。如果選定的值小于某一個(gè)閥值，那么這個(gè)節(jié)點(diǎn)成為簇頭節(jié)點(diǎn)。簇頭一旦選定就不再改變。
(2)簇建立
選定簇頭節(jié)點(diǎn)后，通過(guò)廣播告知整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)中的其他節(jié)點(diǎn)根據(jù)接收信息的信號(hào)強(qiáng)度決定從屬哪個(gè)簇，并通知相應(yīng)的簇頭節(jié)點(diǎn)，完成簇的建立。(3)穩(wěn)定傳輸
穩(wěn)定階段，簇頭節(jié)點(diǎn)采用時(shí)分復(fù)用方式為簇中每個(gè)節(jié)點(diǎn)分配向其傳遞數(shù)據(jù)的時(shí)間點(diǎn)。采用開(kāi)放最短路徑協(xié)議，利用該協(xié)議傳感網(wǎng)節(jié)點(diǎn)將采集的數(shù)據(jù)傳送到簇頭節(jié)點(diǎn)。簇頭節(jié)點(diǎn)對(duì)簇中所有節(jié)點(diǎn)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行信息融合后再傳送給匯聚節(jié)點(diǎn)。所述開(kāi)放最短路徑優(yōu)先協(xié)議是一種采用鏈路狀態(tài)協(xié)議的算法，每個(gè)路由器維護(hù)ー個(gè)相同的鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)，保存整個(gè)自治區(qū)域的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。一旦每個(gè)路由器有了完整的鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)，該路由器以自己為根，構(gòu)造最短路徑樹，然后再根據(jù)最短路徑構(gòu)造路由表。對(duì)于大型網(wǎng)絡(luò)，最短路徑優(yōu)先將整個(gè)自治區(qū)域劃分為若干個(gè)區(qū)域，區(qū)域內(nèi)的路由器維護(hù)ー個(gè)相同的鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)，保存該區(qū)域的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。最短路徑優(yōu)先路由器相互間交換鏈路狀態(tài)信息。2.確定各個(gè)簇內(nèi)的備用簇頭節(jié)點(diǎn)
移動(dòng)傳感網(wǎng)中的各個(gè)節(jié)點(diǎn)通過(guò)GPS方式獲得自己的地理位置，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有一個(gè)檢測(cè)半徑和感知區(qū)域，如果某個(gè)節(jié)點(diǎn)的感知區(qū)域和另ー個(gè)節(jié)點(diǎn)的感知區(qū)域重合或幾個(gè)節(jié)點(diǎn)的感知區(qū)域覆蓋了某個(gè)節(jié)點(diǎn)的感知區(qū)域，就認(rèn)定該節(jié)點(diǎn)為備用簇頭節(jié)點(diǎn)。該備用簇頭節(jié)點(diǎn)向該簇的簇頭發(fā)送消息通知簇頭自己為備用簇頭節(jié)點(diǎn)，并將自己的地理位置通知簇頭節(jié)點(diǎn)。3.移動(dòng)節(jié)點(diǎn)采集傳輸消息
進(jìn)入移動(dòng)傳感網(wǎng)檢測(cè)區(qū)域的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)，根據(jù)GPS確定自己的地理位置，將自己的地理位置、移動(dòng)速度、移動(dòng)方向和申請(qǐng)加入簇的信息打包成消息，用洪泛的方法不斷地將此消息發(fā)送出去，各個(gè)簇頭節(jié)點(diǎn)根據(jù)收到的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的地理位置信息、移動(dòng)速度和移動(dòng)方向等信息計(jì)算出ー個(gè)分?jǐn)?shù)值發(fā)送給該移動(dòng)節(jié)點(diǎn)，分?jǐn)?shù)值越大說(shuō)明該簇越適合該移動(dòng)節(jié)點(diǎn)，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)根據(jù)收到的分?jǐn)?shù)值進(jìn)行比較。選出最適合的簇加入，并給此移動(dòng)節(jié)點(diǎn)發(fā)送確認(rèn)消息。移動(dòng)節(jié)點(diǎn)加入簇就可以發(fā)送采集的消息了。毎次發(fā)送完消息，簇頭就將此移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的路由刪除，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)要想再次發(fā)送數(shù)據(jù)需再次發(fā)送申請(qǐng)加入簇的消息，重復(fù)以上過(guò)程。4.備用簇頭節(jié)點(diǎn)代替簇頭節(jié)點(diǎn)
當(dāng)簇頭節(jié)點(diǎn)的能量達(dá)到預(yù)先設(shè)定的閥值時(shí)，簇頭節(jié)點(diǎn)根據(jù)各個(gè)備用簇頭節(jié)點(diǎn)的位置信息確定由哪個(gè)備用簇頭節(jié)點(diǎn)來(lái)替代自己工作，井向該備用簇頭節(jié)點(diǎn)發(fā)送消息，此時(shí)該備用簇頭節(jié)點(diǎn)被喚醒，井根據(jù)接收的簇頭的地理位置消息移動(dòng)到該簇頭位置。此時(shí)該簇頭將自己的全部路由信息傳送給該備用簇頭節(jié)點(diǎn)，該備用簇頭節(jié)點(diǎn)就開(kāi)始替代原簇頭節(jié)點(diǎn)工作。本發(fā)明的支持隨機(jī)移動(dòng)的移動(dòng)傳感網(wǎng)路由方法所包含的步驟為
步驟I).利用分簇路由算法選擇簇頭，簇頭節(jié)點(diǎn)的選擇依據(jù)網(wǎng)絡(luò)中所需要的簇頭節(jié)點(diǎn)總數(shù)，具體的選擇辦法是每個(gè)移動(dòng)傳感網(wǎng)節(jié)點(diǎn)隨機(jī)選擇0-1之間的ー個(gè)值，如果選定的值小于某ー個(gè)閥值，那么這個(gè)節(jié)點(diǎn)成為簇頭節(jié)點(diǎn)；選擇出簇頭后，簇頭將自己當(dāng)選簇頭的消息廣播出去，簇頭一旦選出就不再改變；
步驟2).網(wǎng)絡(luò)中的其他節(jié)點(diǎn)根據(jù)接收信息的信號(hào)強(qiáng)度決定從屬的簇，并通知相應(yīng)的簇頭節(jié)點(diǎn)，完成簇的建立；
步驟3).在網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定傳輸數(shù)據(jù)階段，簇頭節(jié)點(diǎn)采用時(shí)分復(fù)用方式，為簇中每個(gè)節(jié)點(diǎn)分配向其傳遞數(shù)據(jù)的時(shí)間點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)采用開(kāi)放最短路徑優(yōu)先協(xié)議傳輸采集的數(shù)據(jù)；步驟4).網(wǎng)絡(luò)中的各節(jié)點(diǎn)通過(guò)GPS確定自己的地理位置，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有一個(gè)檢測(cè)半徑和感知區(qū)域，某個(gè)節(jié)點(diǎn)的感知區(qū)域與其他節(jié)點(diǎn)的感知區(qū)域重疊，就認(rèn)定該節(jié)點(diǎn)為備用簇頭節(jié)點(diǎn)，該節(jié)點(diǎn)就進(jìn)入休眠狀態(tài)，等待簇頭節(jié)點(diǎn)的喚醒； 步驟5).移動(dòng)節(jié)點(diǎn)進(jìn)入移動(dòng)傳感網(wǎng)感知區(qū)域后，用洪泛的方法(此方法為ー種路由算法，算法不要求維護(hù)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和相關(guān)的路由計(jì)算，僅要求節(jié)點(diǎn)以廣播方式轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。)廣播自己的地理位置、移動(dòng)速度和移動(dòng)方向信息；收到消息的簇頭節(jié)點(diǎn)根據(jù)收到的信息計(jì)算出ー個(gè)分?jǐn)?shù)值，并發(fā)送給該移動(dòng)節(jié)點(diǎn)；
步驟6).移動(dòng)節(jié)點(diǎn)根據(jù)收到的分?jǐn)?shù)值選擇ー個(gè)分?jǐn)?shù)值最高的簇頭，再次向其發(fā)送申請(qǐng)加入簇的消息，然后該移動(dòng)節(jié)點(diǎn)就將采集到的信息通過(guò)該簇頭節(jié)點(diǎn)發(fā)送給基站；
步驟7).當(dāng)簇頭節(jié)點(diǎn)電量達(dá)到預(yù)先設(shè)定的閥值時(shí)，簇頭節(jié)點(diǎn)根據(jù)該簇內(nèi)各個(gè)備用簇頭節(jié)點(diǎn)的位置確定第一備用簇頭節(jié)點(diǎn)井向其發(fā)送消息，喚醒備用簇頭節(jié)點(diǎn)，備用簇頭節(jié)點(diǎn)根據(jù)簇頭節(jié)點(diǎn)的位置，移動(dòng)到簇頭節(jié)點(diǎn)的位置；
步驟8).簇頭節(jié)點(diǎn)將自己的全部路由信息發(fā)送給備用簇頭節(jié)點(diǎn)，備用簇頭節(jié)點(diǎn)就開(kāi)始替代原簇頭節(jié)點(diǎn)工作。所述網(wǎng)絡(luò)在穩(wěn)定傳輸數(shù)據(jù)階段采用了開(kāi)放最短路徑協(xié)議協(xié)議，可根據(jù)網(wǎng)絡(luò)用戶的要求來(lái)平衡費(fèi)用和性能，以選擇相應(yīng)的路由。所述網(wǎng)絡(luò)中的各節(jié)點(diǎn)通過(guò)GPS確定自己的地理位置，根據(jù)每個(gè)節(jié)點(diǎn)的地理位置、監(jiān)測(cè)半徑和感知區(qū)域，計(jì)算出備用簇頭節(jié)點(diǎn)。備用簇頭節(jié)點(diǎn)先進(jìn)入休眠狀態(tài)。等待簇頭節(jié)點(diǎn)的喚醒，當(dāng)簇頭節(jié)點(diǎn)剰余能量到達(dá)預(yù)先設(shè)定的閥值時(shí)就喚醒備用簇頭節(jié)點(diǎn)，備用簇頭節(jié)點(diǎn)移動(dòng)到簇頭節(jié)點(diǎn)位置替代原簇頭節(jié)點(diǎn)工作。所述移動(dòng)節(jié)點(diǎn)廣播自己的地理位置、移動(dòng)速度和移動(dòng)方向信息，簇頭節(jié)點(diǎn)根據(jù)自己的感知區(qū)域計(jì)算出ー個(gè)分?jǐn)?shù)值會(huì)送給移動(dòng)節(jié)點(diǎn)，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)根據(jù)收到的分?jǐn)?shù)值，選擇最合適的簇加入。有益效果本發(fā)明方法提出了解決移動(dòng)傳感網(wǎng)中移動(dòng)節(jié)點(diǎn)傳送消息和延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間的方法。通過(guò)使用本發(fā)明提出的方法可以避免傳統(tǒng)的分簇方法因頻繁的選擇簇頭而占用帶寬和消耗能量的不足，可以有效延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的生存時(shí)間，并且可以通過(guò)對(duì)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)各種信息的分析，讓移動(dòng)節(jié)點(diǎn)加入適合的簇，達(dá)到支持移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的目的。下面給出具體的說(shuō)明。 I.節(jié)能的分簇路由方法
在本發(fā)明方法中，這種基于分簇路由協(xié)議，繼承了分簇協(xié)議的優(yōu)點(diǎn)，減少與基站直接通信的節(jié)點(diǎn)數(shù)目，并通過(guò)數(shù)據(jù)聚合技術(shù)減少通信能量的損耗，聚類首領(lǐng)利用數(shù)據(jù)聚合技術(shù)將多個(gè)信號(hào)聚合為一個(gè)有效的信號(hào)，使得通信量大大降低，也極大地減少了能量的消耗。與直接通信方式相比，分簇的網(wǎng)絡(luò)生命周期可延長(zhǎng)4-8倍，本發(fā)明的分簇路由協(xié)議，有助于減少因頻繁選舉簇頭和節(jié)點(diǎn)發(fā)送加入簇的消息而占用帶寬和消耗能量。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)一旦形成，簇頭就不再變化，就不再進(jìn)行頻繁的選舉簇頭和節(jié)點(diǎn)加入簇的過(guò)程。在具體的工作過(guò)程中，網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)只發(fā)送需要采集的信息，而不頻繁發(fā)送簇的信息，有助于整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的能量和帶寬得到充分的利用。2.采用最短路徑的路由協(xié)議
在穩(wěn)定傳輸階段，網(wǎng)絡(luò)采用最短路徑優(yōu)先協(xié)議，相對(duì)于其它協(xié)議，最短路徑優(yōu)先協(xié)議有許多優(yōu)點(diǎn)。最短路徑優(yōu)先協(xié)議支持各種不同鑒別機(jī)制(如簡(jiǎn)單ロ令驗(yàn)證，加密驗(yàn)證等)，并且允許各個(gè)系統(tǒng)或區(qū)域采用互不相同的鑒別機(jī)制；提供負(fù)載均衡功能，如果計(jì)算出到某個(gè)目的站有若干條費(fèi)用相同的路由，采用最短路徑優(yōu)先協(xié)議的節(jié)點(diǎn)把通信流量均勻地分配給這幾條路由，沿這幾條路由把該分組發(fā)送出去；在ー個(gè)自治系統(tǒng)內(nèi)可劃分出若干個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域根據(jù)自己的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)計(jì)算最短路徑，這減少了最短路徑優(yōu)先協(xié)議路由實(shí)現(xiàn)的工作量；最短路徑優(yōu)先協(xié)議屬動(dòng)態(tài)的自適應(yīng)協(xié)議，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化可以迅速地做出反應(yīng)，進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，提供短的收斂期，使路由表盡快穩(wěn)定化，并且與其它路由協(xié)議相比，最短路徑優(yōu)先協(xié)議在對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓奶幚磉^(guò)程中僅需要最少的通信流量；最短路徑優(yōu)先協(xié)議提供點(diǎn)到多點(diǎn)接ロ，支持無(wú)類型域間路由地址。該協(xié)議只有在網(wǎng)絡(luò)發(fā)生變化時(shí)才廣播自己的路由，比較試用于這種很少或有一個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)。3.延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間
在本發(fā)明方法中，利用GPS技術(shù)和節(jié)點(diǎn)移動(dòng)技術(shù)，可以準(zhǔn)確定位各個(gè)節(jié)點(diǎn)的位置，當(dāng)簇頭節(jié)點(diǎn)的能量不足吋，備用節(jié)點(diǎn)可以根據(jù)簇頭節(jié)點(diǎn)的地理位置，移動(dòng)到簇頭節(jié)點(diǎn)位置，達(dá)到進(jìn)ー步延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間的目的。4.支持移動(dòng)節(jié)點(diǎn)普通的分簇協(xié)議都沒(méi)有考慮移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的問(wèn)題，但在實(shí)際的無(wú)線傳感網(wǎng)應(yīng)用中節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)又是不可避免的，如受環(huán)境影響(如在風(fēng)或者水的環(huán)境中)、部署區(qū)域內(nèi)有可移動(dòng)的平臺(tái)(如目標(biāo)跟蹤中的機(jī)器人、戰(zhàn)場(chǎng)偵察中的士兵)或者在無(wú)線傳感網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中使用移動(dòng)設(shè)備(如飛機(jī)和車輛)。由于移動(dòng)，傳感器節(jié)點(diǎn)在最初的部署之后可能要改變它們的位置，節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)導(dǎo)致原來(lái)的網(wǎng)絡(luò)連接斷裂、路由中斷、數(shù)據(jù)信息不能正常收集和傳送。在本發(fā)明中，各個(gè)簇頭節(jié)點(diǎn)按照移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的位置、移動(dòng)速度、移動(dòng)方向等信息，計(jì)算出一個(gè)分?jǐn)?shù)值發(fā)送給該移動(dòng)各節(jié)點(diǎn)，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)根據(jù)收到的分?jǐn)?shù)值，選擇分?jǐn)?shù)最大的簇加入，解決了由于檢測(cè)需要和外部環(huán)境造成的節(jié)點(diǎn)移動(dòng)問(wèn)題，有助于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)更適應(yīng)實(shí)際監(jiān)測(cè)的需要。


圖I是靜態(tài)的移動(dòng)傳感網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是移動(dòng)節(jié)點(diǎn)加入無(wú)線傳感網(wǎng)及其與簇頭交互示意圖。圖3是備用簇頭節(jié)點(diǎn)替代簇頭節(jié)點(diǎn)示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明是ー種支持移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的、能夠有效延長(zhǎng)移動(dòng)傳感網(wǎng)生存時(shí)間的方法，本發(fā)明的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的模型為移動(dòng)速度極為緩慢的節(jié)點(diǎn)，同時(shí)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的能量認(rèn)為足夠用。下面根據(jù)附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作更詳細(xì)的描述。如圖I所示，首先向需要檢測(cè)的區(qū)域撒下一些可以移動(dòng)的節(jié)點(diǎn)。各節(jié)點(diǎn)通過(guò)GPS獲得自己的地理位置信息。并建立起移動(dòng)傳感器網(wǎng)絡(luò)。I.撒下的節(jié)點(diǎn)組成分簇的網(wǎng)絡(luò) (O選擇旗頭
姆個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)隨機(jī)選擇ο-i之間的ー個(gè)值。如果選定的值小于某一個(gè)閥值，這個(gè)節(jié)點(diǎn)成為簇頭節(jié)點(diǎn)。簇頭節(jié)點(diǎn)一旦選定就不再更改。(2)建立簇
選定簇頭節(jié)點(diǎn)后，通過(guò)廣播告知整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)中的其他節(jié)點(diǎn)根據(jù)接收信息的信號(hào)強(qiáng)度決定從屬的簇，并通知相應(yīng)的簇頭節(jié)點(diǎn)，各節(jié)點(diǎn)把自己的地理位置等信息ー并傳給簇頭節(jié)點(diǎn)，完成簇的建立。(3)穩(wěn)定傳輸
穩(wěn)定階段中，簇頭節(jié)點(diǎn)采用時(shí)分復(fù)用方式為簇中每個(gè)節(jié)點(diǎn)分配向其傳遞數(shù)據(jù)的時(shí)間點(diǎn)。采用開(kāi)放最短路徑協(xié)議協(xié)議，計(jì)算出兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)之間的最短路徑和計(jì)算通信費(fèi)用。也可根據(jù)網(wǎng)絡(luò)用戶的要求來(lái)平衡費(fèi)用和性能，以選擇相應(yīng)的路由。尋徑吋，該節(jié)點(diǎn)以自己為根，構(gòu)造最短路徑樹，根據(jù)最短路徑構(gòu)造路由表。節(jié)點(diǎn)彼此交換，并保存整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的鏈路信息，從而掌握全網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并獨(dú)立計(jì)算路由。利用該協(xié)議傳感器節(jié)點(diǎn)將采集的數(shù)據(jù)傳送到簇頭節(jié)點(diǎn)。然后簇頭節(jié)點(diǎn)對(duì)簇中所有節(jié)點(diǎn)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行信息融合后再傳送給匯聚節(jié)點(diǎn)。2.確定各個(gè)簇內(nèi)的備用簇頭節(jié)點(diǎn)
網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)節(jié)點(diǎn)已通過(guò)GPS方式獲得自己的地理位置，如圖I所示每 個(gè)節(jié)點(diǎn)都有一個(gè)檢測(cè)半徑和感知區(qū)域，如果某個(gè)節(jié)點(diǎn)的感知區(qū)域和另ー個(gè)節(jié)點(diǎn)的感知區(qū)域重合或幾個(gè)節(jié)點(diǎn)的感知區(qū)域覆蓋了某個(gè)節(jié)點(diǎn)的感知區(qū)域，則認(rèn)定該節(jié)點(diǎn)為該簇備用簇頭節(jié)點(diǎn)。然后備用簇頭節(jié)點(diǎn)向該簇的簇頭節(jié)點(diǎn)發(fā)送消息通知簇頭節(jié)點(diǎn)該節(jié)點(diǎn)為備用簇頭節(jié)點(diǎn)。3.移動(dòng)節(jié)點(diǎn)加入簇
如圖2所示根據(jù)需要進(jìn)入移動(dòng)傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)區(qū)域的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)，尋找到適合的簇加入，就可以通過(guò)簇頭節(jié)點(diǎn)將采集的信息發(fā)送給匯聚節(jié)點(diǎn)。( I)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)進(jìn)入檢測(cè)區(qū)域
根據(jù)檢測(cè)需要進(jìn)入移動(dòng)傳感網(wǎng)檢測(cè)區(qū)域的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)，根據(jù)GPS確定自己的地理位置，將自己的地理位置信息、移動(dòng)速度、移動(dòng)方向和申請(qǐng)加入簇的消息打包成消息，然后用洪泛 的方法不斷地將此消息發(fā)送出去，各個(gè)簇頭節(jié)點(diǎn)根據(jù)收到的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的地理位置、移動(dòng)速度和移動(dòng)方向等信息計(jì)算出ー個(gè)分?jǐn)?shù)值。(2)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)加入簇
各個(gè)簇頭節(jié)點(diǎn)將該分?jǐn)?shù)值發(fā)送回該移動(dòng)節(jié)點(diǎn)，分?jǐn)?shù)值越大說(shuō)明該簇越適合該移動(dòng)節(jié)點(diǎn)，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)根據(jù)收到的值進(jìn)行比較選擇分?jǐn)?shù)值最大的簇加入。(3)傳輸消息
移動(dòng)節(jié)點(diǎn)加入簇就可以發(fā)送采集的信息。毎次發(fā)送完信息，簇頭節(jié)點(diǎn)要將此移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的路由刪除，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)要想再次發(fā)送消息需要再次發(fā)送申請(qǐng)加入簇的消息，重復(fù)以上過(guò)程。3.備用簇頭節(jié)點(diǎn)替代簇頭節(jié)點(diǎn)
由于簇頭節(jié)點(diǎn)不斷的轉(zhuǎn)發(fā)消息，消耗能量比普通節(jié)點(diǎn)要快的多，當(dāng)能量不足時(shí)，如圖3所示，通知備用簇頭節(jié)點(diǎn)來(lái)代替簇頭節(jié)點(diǎn)來(lái)延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的工作時(shí)間。(I)找出合適的備用簇頭節(jié)點(diǎn)
在網(wǎng)絡(luò)開(kāi)始工作時(shí)給簇頭節(jié)點(diǎn)設(shè)定個(gè)剰余能量的閥值，當(dāng)簇頭節(jié)點(diǎn)能量不斷減少到這個(gè)閥值吋，簇頭節(jié)點(diǎn)根據(jù)各個(gè)備用簇頭節(jié)點(diǎn)的位置信息確定出最合適的備用簇頭節(jié)點(diǎn)作為第一備用簇頭節(jié)點(diǎn)。(2)備用簇頭代替原簇頭節(jié)點(diǎn)工作
簇頭節(jié)點(diǎn)向第一備用簇頭節(jié)點(diǎn)發(fā)送消息，第一備用簇頭節(jié)點(diǎn)被喚醒，井根據(jù)收到的簇頭節(jié)點(diǎn)的地理位置消息移動(dòng)到該簇頭節(jié)點(diǎn)位置。原簇頭將自己的全
部路由信息發(fā)送給該備用簇頭節(jié)點(diǎn)，該備用簇頭節(jié)點(diǎn)代替簇頭節(jié)點(diǎn)工作。
權(quán)利要求
1.ー種支持隨機(jī)移動(dòng)的移動(dòng)傳感網(wǎng)路由方法，其特征在于該方法所包含的步驟為 步驟I).利用分簇路由算法選擇簇頭，簇頭節(jié)點(diǎn)的選擇依據(jù)網(wǎng)絡(luò)中所需要的簇頭節(jié)點(diǎn)總數(shù)，具體的選擇辦法是每個(gè)移動(dòng)傳感網(wǎng)節(jié)點(diǎn)隨機(jī)選擇0-1之間的ー個(gè)值，如果選定的值小于某ー個(gè)閥值，那么這個(gè)節(jié)點(diǎn)成為簇頭節(jié)點(diǎn)；選擇出簇頭后，簇頭將自己當(dāng)選簇頭的消息廣播出去，簇頭一旦選出就不再改變； 步驟2).網(wǎng)絡(luò)中的其他節(jié)點(diǎn)根據(jù)接收信息的信號(hào)強(qiáng)度決定從屬的簇，并通知相應(yīng)的簇頭節(jié)點(diǎn)，完成簇的建立； 步驟3).在網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定傳輸數(shù)據(jù)階段，簇頭節(jié)點(diǎn)采用時(shí)分復(fù)用方式，為簇中每個(gè)節(jié)點(diǎn)分配向其傳遞數(shù)據(jù)的時(shí)間點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)采用開(kāi)放最短路徑優(yōu)先協(xié)議傳輸采集的數(shù)據(jù)；步驟4).網(wǎng)絡(luò)中的各節(jié)點(diǎn)通過(guò)GPS確定自己的地理位置，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有一個(gè)檢測(cè)半徑和感知區(qū)域，某個(gè)節(jié)點(diǎn)的感知區(qū)域與其他節(jié)點(diǎn)的感知區(qū)域重疊，就認(rèn)定該節(jié)點(diǎn)為備用簇頭節(jié)點(diǎn)，該節(jié)點(diǎn)就進(jìn)入休眠狀態(tài)，等待簇頭節(jié)點(diǎn)的喚醒； 步驟5).移動(dòng)節(jié)點(diǎn)進(jìn)入移動(dòng)傳感網(wǎng)感知區(qū)域后，用洪泛的方法廣播自己的地理位置、移動(dòng)速度和移動(dòng)方向信息；收到消息的簇頭節(jié)點(diǎn)根據(jù)收到的信息計(jì)算出ー個(gè)分?jǐn)?shù)值，并發(fā)送給該移動(dòng)節(jié)點(diǎn)； 步驟6).移動(dòng)節(jié)點(diǎn)根據(jù)收到的分?jǐn)?shù)值選擇ー個(gè)分?jǐn)?shù)值最高的簇頭，再次向其發(fā)送申請(qǐng)加入簇的消息，然后該移動(dòng)節(jié)點(diǎn)就將采集到的信息通過(guò)該簇頭節(jié)點(diǎn)發(fā)送給基站； 步驟7).當(dāng)簇頭節(jié)點(diǎn)電量達(dá)到預(yù)先設(shè)定的閥值時(shí)，簇頭節(jié)點(diǎn)根據(jù)該簇內(nèi)各個(gè)備用簇頭節(jié)點(diǎn)的位置確定第一備用簇頭節(jié)點(diǎn)井向其發(fā)送消息，喚醒備用簇頭節(jié)點(diǎn)，備用簇頭節(jié)點(diǎn)根據(jù)簇頭節(jié)點(diǎn)的位置，移動(dòng)到簇頭節(jié)點(diǎn)的位置； 步驟8).簇頭節(jié)點(diǎn)將自己的全部路由信息發(fā)送給備用簇頭節(jié)點(diǎn)，備用簇頭節(jié)點(diǎn)就開(kāi)始替代原簇頭節(jié)點(diǎn)工作。
2.如權(quán)利要求I所述的ー種支持隨機(jī)移動(dòng)的移動(dòng)傳感網(wǎng)路由方法，其特征在于所述網(wǎng)絡(luò)在穩(wěn)定傳輸數(shù)據(jù)階段采用了開(kāi)放最短路徑協(xié)議協(xié)議，可根據(jù)網(wǎng)絡(luò)用戶的要求來(lái)平衡費(fèi)用和性能，以選擇相應(yīng)的路由。
3.如權(quán)利要求I所述的ー種支持隨機(jī)移動(dòng)的移動(dòng)傳感網(wǎng)路由方法，其特征在于所述網(wǎng)絡(luò)中的各節(jié)點(diǎn)通過(guò)GPS確定自己的地理位置，根據(jù)每個(gè)節(jié)點(diǎn)的地理位置、監(jiān)測(cè)半徑和感知區(qū)域，計(jì)算出備用簇頭節(jié)點(diǎn)； 備用簇頭節(jié)點(diǎn)先進(jìn)入休眠狀態(tài)； 等待簇頭節(jié)點(diǎn)的喚醒，當(dāng)簇頭節(jié)點(diǎn)剰余能量到達(dá)預(yù)先設(shè)定的閥值時(shí)就喚醒備用簇頭節(jié)點(diǎn)，備用簇頭節(jié)點(diǎn)移動(dòng)到簇頭節(jié)點(diǎn)位置替代原簇頭節(jié)點(diǎn)工作。
4.如權(quán)利要求I所述的ー種支持隨機(jī)移動(dòng)的移動(dòng)傳感網(wǎng)路由方法，其特征在于所述移動(dòng)節(jié)點(diǎn)廣播自己的地理位置、移動(dòng)速度和移動(dòng)方向信息，簇頭節(jié)點(diǎn)根據(jù)自己的感知區(qū)域計(jì)算出ー個(gè)分?jǐn)?shù)值會(huì)送給移動(dòng)節(jié)點(diǎn)，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)根據(jù)收到的分?jǐn)?shù)值，選擇最合適的簇加入。
全文摘要
本發(fā)明是一種支持隨機(jī)移動(dòng)的移動(dòng)傳感網(wǎng)路由方法，采用分簇的路由算法，簇頭選出后就不再改變。各節(jié)點(diǎn)通過(guò)GPS確定自己的位置，通過(guò)監(jiān)測(cè)半徑，計(jì)算出自己的感知范圍，將感知范圍內(nèi)重疊的節(jié)點(diǎn)確定為備用簇頭節(jié)點(diǎn)，當(dāng)簇頭節(jié)點(diǎn)能量減少到預(yù)先設(shè)定的閥值時(shí)，簇頭節(jié)點(diǎn)發(fā)送消息通知備用簇頭節(jié)點(diǎn)來(lái)代替簇頭節(jié)點(diǎn)工作，穩(wěn)定傳輸階段采用開(kāi)放最短路徑協(xié)議協(xié)議，可以有效地負(fù)載均衡。移動(dòng)節(jié)點(diǎn)進(jìn)入移動(dòng)傳感網(wǎng)的感知區(qū)域，洪泛發(fā)送自己的地理位置、移動(dòng)速度和移動(dòng)方向信息，根據(jù)簇頭計(jì)算的分?jǐn)?shù)值決定加入哪個(gè)簇。
文檔編號(hào)H04W40/24GK102695237SQ201210006048
公開(kāi)日2012年9月26日 申請(qǐng)日期2012年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月10日
發(fā)明者岳文靜, 崔華, 陳志 申請(qǐng)人:南京郵電大學(xué)