專利名稱：一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中層次化地理位置信息路由方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，具體地說是一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中層次化地理 位置信息路由方法。
背景技術(shù)：
近年來大量研究都提出了在無線自組織網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用一個(gè)或多個(gè)移動(dòng)網(wǎng)關(guān)的方案。對于無 線自組織網(wǎng)絡(luò)來說，網(wǎng)關(guān)可以是移動(dòng)或者固定的。在網(wǎng)絡(luò)中采用移動(dòng)的網(wǎng)關(guān)相對于固定位置 的網(wǎng)關(guān)來說有很多的優(yōu)點(diǎn)。移動(dòng)的網(wǎng)關(guān)能夠消除網(wǎng)關(guān)附近的熱點(diǎn)效應(yīng)，延長網(wǎng)絡(luò)的生命，平 衡網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載。因此為了有效提高網(wǎng)絡(luò)性能，有必要在大型無線自組織網(wǎng)絡(luò)中采用一個(gè)或多 個(gè)移動(dòng)網(wǎng)關(guān)。
大量文獻(xiàn)已經(jīng)證明基于地理位置信息的路由對于大型無線自組織網(wǎng)絡(luò)來說是一種高效的 路由策略，在大型網(wǎng)絡(luò)中采用基于地理位置信息路由能夠比傳統(tǒng)路由機(jī)制有效的降低控制負(fù) 載。但是地理位置信息的路由需要預(yù)先知道目的節(jié)點(diǎn)的位置。因此如果在無線自組織網(wǎng)絡(luò)中 采用移動(dòng)網(wǎng)關(guān)，就需要有效的機(jī)制來向全網(wǎng)更新其位置信息。頻繁的位置更新能夠提高位置 信息的準(zhǔn)確性，但同時(shí)消耗了大量的網(wǎng)絡(luò)資源。
當(dāng)前提出的地理位置路由方法大部分基于洪泛性和平面型的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這樣在大規(guī)模網(wǎng) 絡(luò)中控制負(fù)載較高。少量層次化的地理位置路由方法也僅面向于單網(wǎng)關(guān)的情況，沒有對于多 個(gè)移動(dòng)網(wǎng)關(guān)同時(shí)存在于網(wǎng)絡(luò)中的情況進(jìn)行優(yōu)化，而對于大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)來說， 一般都具有多個(gè)網(wǎng) 關(guān)同時(shí)工作于網(wǎng)絡(luò)中。因此需要設(shè)計(jì)出有效的地理位置路由方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種適用于具有一個(gè)或多個(gè)移動(dòng)網(wǎng)關(guān)的大型自組織網(wǎng)絡(luò)中的層次化 地理位置路由方法，以保證在大規(guī)模移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)中有多個(gè)移動(dòng)網(wǎng)關(guān)的情況下降低位置更 新和路由負(fù)載。
本發(fā)明要解決的是傳統(tǒng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由開銷隨網(wǎng)絡(luò)規(guī)模增大而增大，不支持多移動(dòng) 匯聚節(jié)點(diǎn)的問題。
本發(fā)明所述的層次化路由方法，包括1) 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的層次化劃分方法；
2) 多移動(dòng)匯聚節(jié)點(diǎn)創(chuàng)建各自的位置更新樹方法；
3) 傳感器節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)匯報(bào)至最近移動(dòng)匯聚節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸方法。
本發(fā)明所述的方法在保證網(wǎng)關(guān)位置信息最新的同時(shí)減少了位置更新和查詢的負(fù)載，同時(shí) 能夠保證節(jié)點(diǎn)找到最近的網(wǎng)關(guān)，從而能夠有效的減少控制負(fù)載以及傳輸路徑的長度。本發(fā)明 非常適用于具有多個(gè)移動(dòng)網(wǎng)關(guān)的大型無線自組織網(wǎng)絡(luò)。


圖1為本發(fā)明中一個(gè)移動(dòng)網(wǎng)關(guān)所選擇的位置服務(wù)集示意圖。
圖2為本發(fā)明中一個(gè)具有兩個(gè)移動(dòng)網(wǎng)關(guān)的無線自組織網(wǎng)絡(luò)所構(gòu)造的Voronoi(泰森多邊形) 結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
本發(fā)明的設(shè)計(jì)思想為首先將網(wǎng)絡(luò)劃分為層次化的結(jié)構(gòu)，以有效解決網(wǎng)絡(luò)規(guī)模過大引起 的位置更新和査詢的控制負(fù)載過高的問題；其次，在劃分好的層次結(jié)構(gòu)上，應(yīng)用Voronoi機(jī) 制限制各個(gè)移動(dòng)網(wǎng)關(guān)的更新范圍，在保證網(wǎng)絡(luò)覆蓋的同時(shí)能夠有效地降低有多個(gè)移動(dòng)網(wǎng)關(guān)帶 來的位置更新負(fù)載；同時(shí)采用臨時(shí)接入點(diǎn)的方式有效降低移動(dòng)網(wǎng)關(guān)位置更新的頻率。
本發(fā)明服務(wù)于下述網(wǎng)絡(luò)
1. 網(wǎng)絡(luò)區(qū)域?yàn)槎S矩形。網(wǎng)絡(luò)由大量數(shù)目的靜止節(jié)點(diǎn)組成，有一個(gè)或多個(gè)在網(wǎng)絡(luò)中隨機(jī) 移動(dòng)的網(wǎng)關(guān)。
2. 節(jié)點(diǎn)可將監(jiān)測到的信息上報(bào)至任意網(wǎng)關(guān)，因此所有移動(dòng)網(wǎng)關(guān)具有一個(gè)統(tǒng)一的虛擬ID。
3. 所有的節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)能夠知道自己的位置信息。
4. 在監(jiān)測到感興趣的信息后，節(jié)點(diǎn)立即試圖向網(wǎng)關(guān)上報(bào)信息。 本發(fā)明所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中層次化地理位置信息路由方法，包括
1) 大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的層次化劃分方法；包括整個(gè)網(wǎng)絡(luò)被劃分為多個(gè)同樣大小的 基礎(chǔ)網(wǎng)格和為網(wǎng)絡(luò)中的所有位置服務(wù)器創(chuàng)建層次結(jié)構(gòu)。
2) 多移動(dòng)匯聚節(jié)點(diǎn)創(chuàng)建各自的位置更新樹方法；包括移動(dòng)節(jié)點(diǎn)創(chuàng)建更新位置服務(wù)器集; 位置服務(wù)器如果同時(shí)屬于多個(gè)移動(dòng)網(wǎng)關(guān)的移動(dòng)服務(wù)器集，則只轉(zhuǎn)發(fā)離其最近的移動(dòng)網(wǎng)關(guān)的位 置信息。3)傳感器節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)匯報(bào)至最近移動(dòng)匯聚節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸方法。 現(xiàn)具體說明如下
整個(gè)大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡(luò)被劃分為多個(gè)同樣大小的基礎(chǔ)網(wǎng)格，每個(gè)基礎(chǔ)網(wǎng)格具有坐標(biāo) (x, y)，用于表示處于第x行和第y列的基礎(chǔ)網(wǎng)格。每個(gè)基礎(chǔ)網(wǎng)格內(nèi)有一個(gè)節(jié)點(diǎn)被選舉成為 位置服務(wù)器，用于接收來自其他節(jié)點(diǎn)的位置査詢。每個(gè)位置服務(wù)器在各自基礎(chǔ)網(wǎng)格中的相對 位置都相同。該相對位置可由哈希函數(shù)得出。這樣所有位置服務(wù)器的位置對于所有移動(dòng)網(wǎng)關(guān) 來說都可通過計(jì)算得出。
為了有效的降低位置更新和査詢的負(fù)載，本發(fā)明為網(wǎng)絡(luò)中的所有位置服務(wù)器創(chuàng)建如下層 次結(jié)構(gòu)
a) 每個(gè)基礎(chǔ)網(wǎng)格中的位置服務(wù)器為一級位置服務(wù)器。
b) n級位置服務(wù)器必須位于坐標(biāo)為(ak"1—'， bkn—》的基礎(chǔ)網(wǎng)格中。
每個(gè)移動(dòng)網(wǎng)關(guān)都會(huì)從網(wǎng)絡(luò)中所有位置服務(wù)器中選擇一個(gè)子集作為其位置服務(wù)器集。并基 于其位置服務(wù)器集構(gòu)建一個(gè)SPT樹用于該移動(dòng)網(wǎng)關(guān)位置信息的更新。位置服務(wù)器集的選擇基 于移動(dòng)網(wǎng)關(guān)的當(dāng)前所處的網(wǎng)格以及網(wǎng)絡(luò)的層級結(jié)構(gòu)劃分，首先我們給出兄弟服務(wù)器的定義 定義一對于某個(gè)位于(uir'， vk")網(wǎng)格的n級服務(wù)器來說，我們定義其兄弟服務(wù)器為位于 ((u+x)k『'，(v+y)k『》網(wǎng)格中的n級服務(wù)器，其中u,v為正整數(shù)并且x，ye(土l,Oh (8=k2-1 for k=3)。同時(shí)也是該級別n中距離其最近的8個(gè)位置服務(wù)器。
移動(dòng)網(wǎng)關(guān)首先選擇所有的一級兄弟服務(wù)器作為其一級服務(wù)器。然后選出這9個(gè)一級服務(wù) 器中的二級服務(wù)器，并將此二級服務(wù)器的所有兄弟服務(wù)器作為該移動(dòng)網(wǎng)關(guān)的二級服務(wù)器。這 一選擇過程會(huì)繼續(xù)下去直到達(dá)到網(wǎng)絡(luò)層次劃分的最高層。在各個(gè)層次都選擇距離其所處網(wǎng)格 最近的8個(gè)該層次的位置服務(wù)器作為其位置服務(wù)器集的成員。圖1顯示了一個(gè)移動(dòng)網(wǎng)關(guān)所選 擇的位置服務(wù)集。
采用上述方式選擇的位置服務(wù)器集具有如下好處。首先可以保證移動(dòng)網(wǎng)關(guān)的位置信息能 夠均勻的向其四周擴(kuò)散。其次，不同移動(dòng)網(wǎng)關(guān)在各自的位置服務(wù)器集上構(gòu)造的SPT最終會(huì)在 某一層次級別相遇。因此，上述位置服務(wù)器選擇策略能夠保證Voronoi簇的成功構(gòu)建。
為了有效地降低由多個(gè)移動(dòng)網(wǎng)關(guān)導(dǎo)致的位置更新負(fù)載，本發(fā)明在劃分的層次結(jié)構(gòu)上應(yīng)用 voronoi策略，即每個(gè)位置服務(wù)器如果同時(shí)屬于多個(gè)移動(dòng)網(wǎng)關(guān)的移動(dòng)服務(wù)器集，則只轉(zhuǎn)發(fā)離 其最近的移動(dòng)網(wǎng)關(guān)的位置信息。通過這種Vororioi策略，能夠有效的控制各個(gè)移動(dòng)網(wǎng)關(guān)的更 新范圍，同時(shí)能夠保證網(wǎng)絡(luò)的覆蓋以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咝В?，因此能夠有效的降低由多個(gè)移動(dòng)網(wǎng) 關(guān)導(dǎo)致的位置更新消耗。圖2顯示了一個(gè)具有兩個(gè)移動(dòng)網(wǎng)關(guān)的無線自組織網(wǎng)絡(luò)所構(gòu)造的Voronoi結(jié)構(gòu)。
為了有效降低網(wǎng)關(guān)移動(dòng)性所帶來的位置更新負(fù)載。本發(fā)明為每個(gè)網(wǎng)關(guān)選擇一個(gè)離其最近 的節(jié)點(diǎn)作為其臨時(shí)接入點(diǎn)，將該接入點(diǎn)的位置作為該網(wǎng)關(guān)位置向網(wǎng)絡(luò)中更新。只有在網(wǎng)關(guān)到
其當(dāng)前接入點(diǎn)的距離超出預(yù)定范圍后，才更新其位置信息。這樣能夠大大的降低位置更新的頻率。
本發(fā)明的數(shù)據(jù)傳輸方法為當(dāng)節(jié)點(diǎn)有數(shù)據(jù)需要上報(bào)時(shí)，向離其最近的位置服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)。 數(shù)據(jù)在位置服務(wù)器中逐級上傳，直到到達(dá)離某個(gè)具有移動(dòng)網(wǎng)關(guān)位置的最近位置服務(wù)器。該位 置服務(wù)器收到該數(shù)據(jù)后后即可向該網(wǎng)關(guān)上傳。
權(quán)利要求
1、一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中層次化地理位置信息路由方法，其特征在于包括1)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的層次化劃分方法；2)多移動(dòng)匯聚節(jié)點(diǎn)創(chuàng)建各自的位置更新樹方法；3)傳感器節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)匯報(bào)至最近移動(dòng)匯聚節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸方法。
2、 如權(quán)利要求1所述的一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中層次化地理位置信息路由方法，其特征在 于所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的層次化劃分方法，具體步驟為步驟l)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)被劃分為多個(gè)同樣大小的基礎(chǔ)網(wǎng)格； 步驟2)為網(wǎng)絡(luò)中的所有位置服務(wù)器創(chuàng)建層次結(jié)構(gòu)。
3、 如權(quán)利要求l所述的一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中層次化地理位置信息路由方法，其特征在 于所述的多移動(dòng)匯聚節(jié)點(diǎn)創(chuàng)建各自的位置更新樹方法，具體步驟為步驟l)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)創(chuàng)建更新位置服務(wù)器集；步驟2)如果位置服務(wù)器同時(shí)屬于多個(gè)移動(dòng)網(wǎng)關(guān)的移動(dòng)服務(wù)器集，則只轉(zhuǎn)發(fā)離其最近的移 動(dòng)網(wǎng)關(guān)的位置信息。
4、 如權(quán)利要求1所述的一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中層次化地理位置信息路由方法，其特征在 于所述的傳感器節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)匯報(bào)至最近移動(dòng)匯聚節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸方法，具體為當(dāng)節(jié)點(diǎn)有數(shù) 據(jù)需要上報(bào)時(shí)，向離其最近的位置服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)在位置服務(wù)器中逐級上傳，直到到 達(dá)離某個(gè)具有移動(dòng)網(wǎng)關(guān)位置的最近位置服務(wù)器；該位置服務(wù)器收到該數(shù)據(jù)后后即可向該網(wǎng)關(guān) 上傳。
全文摘要
本發(fā)明屬于大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，公開了一種基于地理位置信息的層次化路由方法，主要包括層次化劃分大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，針對多移動(dòng)匯聚節(jié)點(diǎn)作出優(yōu)化，最小化路由開銷以及數(shù)據(jù)路徑。本發(fā)明解決了傳統(tǒng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由開銷隨網(wǎng)絡(luò)規(guī)模增大而增大，不支持多移動(dòng)匯聚節(jié)點(diǎn)的問題。
文檔編號H04L12/28GK101567835SQ20081006119
公開日2009年10月28日 申請日期2008年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月20日
發(fā)明者劉海濤, 鄭 姚, 延 巖, 鋒 張, 張寶賢, 壯 趙, 雪 高, 奎 黃 申請人:中科院嘉興中心微系統(tǒng)所分中心