專利名稱：一種基于等邊三角形剖分模型的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中路由方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由方法，更特別地說，是指一種基于等邊三
角形剖分模型的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由方法。
背景技術(shù)：
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Network,簡稱WSN)是由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)大 量微型傳感器節(jié)點組成，通過無線通信的方式形成一個多跳的自組織網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其目的是 協(xié)作地實時監(jiān)測、感知和采集網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的各種環(huán)境或被監(jiān)測對象的信息，并將信息 發(fā)送給使用者。 外界環(huán)境的不確定性經(jīng)常導致需要布置成百上千這樣的傳感器協(xié)同工作，由于傳 感器節(jié)點一般通過電池驅(qū)動，節(jié)點數(shù)量眾多，且通常部署在敵意或惡劣環(huán)境中，從而使得替 換節(jié)點電池或者對電池進行充電都是不可行的。對無線傳感器節(jié)點而言，數(shù)據(jù)傳輸對電量 的消耗最大。當建立了一條從源節(jié)點到目的節(jié)點的數(shù)據(jù)傳輸路徑時，如果頻繁使用該路徑 傳輸數(shù)據(jù)，就可能造成該路徑上的節(jié)點因能量消耗過快而過早失效，而需要重新選擇路由 路徑，更嚴重的情況下甚至會導致整個網(wǎng)絡(luò)分割成互不相聯(lián)的孤立部分，使得網(wǎng)絡(luò)的連通 性和覆蓋性得不到保證，從而減少了整個網(wǎng)絡(luò)的生存期。 目前，業(yè)界所廣泛使用的休眠策略就是希望在一定程度上能夠解決上述問題。休 眠策略的主要思路是在保證網(wǎng)絡(luò)連通和覆蓋的前提下，使部分節(jié)點處于工作狀態(tài)，其余節(jié) 點進入休眠狀態(tài)，并通過一定策略周期性的讓節(jié)點在工作狀態(tài)和休眠狀態(tài)中切換，這樣可 以在一定程度上延長網(wǎng)絡(luò)整體壽命。休眠策略中，如何選擇被喚醒節(jié)點，當被喚醒節(jié)點開始 工作后網(wǎng)絡(luò)中的路由路徑是否需要更改以及應(yīng)當如何更改，都是當前休眠策略所必須要考 慮的問題。 在路由路徑獲取方法中，有一類方法采用正方形剖分模型，將區(qū)域網(wǎng)絡(luò)剖分為若 干個大小相等的正方形，為每一個正方形選擇一個傳感器節(jié)點作為代表節(jié)點，然后通過路 由獲取找到一條從源節(jié)點所在正方形到目的節(jié)點所在正方形的最短路徑。該類方法中，正 方形剖分模型的覆蓋率較低，尤其是在全覆蓋條件下覆蓋率不甚理想，因此該覆蓋模型有 待改善。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種基于等邊三角形剖分模型的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中路由方 法，該路由方法采用等邊三角形剖分模型對區(qū)域網(wǎng)絡(luò)進行剖分，然后為源節(jié)點選取一個三 角形頂點作為路由路徑獲取中的虛擬源節(jié)點。在剖分后的網(wǎng)絡(luò)中，對虛擬源節(jié)點和其他三 角形頂點采用貪婪策略進行路由計算從而獲取虛擬路由路徑，這樣一條虛擬路由路徑由虛 擬源節(jié)點和其他一些三角形頂點(記為虛擬中間節(jié)點)構(gòu)成，最后為每個虛擬中間節(jié)點選 擇一個傳感器節(jié)點作為代表節(jié)點，從而得到實際的路由路徑，該路由路徑的節(jié)點由源節(jié)點，虛擬中間節(jié)點的代表節(jié)點，目的節(jié)點構(gòu)成。 本發(fā)明是一種基于等邊三角形剖分模型的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中路由方法，該路由是 為了將信息從源節(jié)點經(jīng)過多個中間節(jié)點發(fā)送到目標節(jié)點的過程，該路由方法包括有下列路 由步驟 步驟一 基于等邊三角形剖分模型的區(qū)域網(wǎng)絡(luò)剖分 在一個由大量無線傳感器節(jié)點構(gòu)成的無線傳感區(qū)域網(wǎng)絡(luò)中，令每個傳感器的感知 半徑記為r ;采用邊長為;來構(gòu)成等邊三角形，并利用該等邊三角形對所述的無線傳感區(qū)域 網(wǎng)絡(luò)進行剖分； 步驟二 選取虛擬源節(jié)點 在步驟一剖分后的區(qū)域網(wǎng)絡(luò)中，以源節(jié)點為圓心，^為半徑做第一圓；選擇落在該
第一圓內(nèi)的等邊三角形頂點作為虛擬源節(jié)點； 步驟三虛擬路由路徑獲取 虛擬路由路徑的獲取包括有下列解析步驟 解析步驟A)，把虛擬源節(jié)點與目的節(jié)點連接成一條直線，選取虛擬源節(jié)點所在的 等邊三角形中與該直線夾角最小的三角形的邊，并把該邊的另一頂點作為虛擬路由路徑的 虛擬中間節(jié)點； 解析步驟B)，將當前選擇的虛擬中間節(jié)點與目的節(jié)點連接成一條直線，選取與該 虛擬中間節(jié)點所在的等邊三角形中與該直線夾角最小的三角形邊，并把該邊的另一頂點作 為虛擬路由路徑的下一個虛擬中間節(jié)點； 解析步驟C)，判斷最后選取的虛擬中間節(jié)點與目的節(jié)點是否在同一三角形中，若 是，則轉(zhuǎn)到解析步驟D);若不是，重復執(zhí)行解析步驟B); 解析步驟D)，由于虛擬路由路徑中的當前虛擬中間節(jié)點與目的節(jié)點同處同一等邊
三角形中，直接將目的節(jié)點作為路由路徑的下一跳；
步驟四選取代表節(jié)點 (a)依據(jù)步驟三中所獲取的虛擬路由路徑中的虛擬中間節(jié)點為等邊三角形的頂 點，并以該虛擬中間節(jié)點為圓心，^為半徑做第二圓； (b)選取出落在該第二圓內(nèi)的剩余電量最多的一個傳感器節(jié)點作為代表節(jié)點 RPT，且該代表節(jié)點RPT處于工作狀態(tài)； (c)該第二圓內(nèi)的其它傳感器節(jié)點各自選取一個隨機時間t(單位S)進入休眠狀 態(tài)； 步驟五實際路由路徑獲取 從源節(jié)點開始，連接各個代表節(jié)點至目的節(jié)點構(gòu)成了實際路由路徑；
步驟六數(shù)據(jù)傳輸及實際路由路徑維護 在數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中，處于工作狀態(tài)的傳感器節(jié)點的能量逐漸消耗，同時區(qū)域網(wǎng) 絡(luò)中有大量節(jié)點處于休眠狀態(tài)；在此種狀態(tài)下，采用如下休眠策略來對步驟五獲取的實際 路由路徑進行維護 過程a)，對任一處于休眠狀態(tài)的節(jié)點記為SLP， SLP選定的隨機時間記為在ti結(jié)束后，該節(jié)點自我喚醒進入工作狀態(tài)； 過程b)， SLP自我喚醒后，通過檢測RPT的電量，若RPT的電量高于設(shè)定電量，則 SLP重新進入休眠狀態(tài)；若RPT的電量低于設(shè)定電量，則SLP替代RPT作為新代表節(jié)點，執(zhí) 行代表節(jié)點的工作；而RPT進入退休狀態(tài)不再使用。 本發(fā)明的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中一種基于等邊三角形剖分模型的路由方法優(yōu)點在 于 ①采用等邊三角形剖分模型可以對區(qū)域網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)全覆蓋剖分，而且在全覆蓋條件 下相對于正方形剖分模型提高了 8% 15%的覆蓋率。 ②本發(fā)明得到的一條虛擬路由路徑由三角形頂點的連線構(gòu)成，然后為其虛擬中間 節(jié)點選擇傳感器節(jié)點作為代表節(jié)點。這些代表節(jié)點與源節(jié)點、目的節(jié)點組成實際路由路徑。 這樣使得當某代表節(jié)點電量較低時，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能夠重新為該代表節(jié)點相應(yīng)的虛擬中 間節(jié)點選取另外一個傳感器節(jié)點作為代表節(jié)點。因為虛擬路由路徑?jīng)]有改變，實際路由路 徑只更改了某一虛擬中間節(jié)點的代表節(jié)點，無需重新進行路由路徑的獲取，提高了路由的 靈活性。


圖1是本發(fā)明的基于等邊三角形剖分模型的路由的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明中路由路徑獲取的過程圖。
圖2A是本發(fā)明中虛擬路由路徑示意圖。
圖2B是本發(fā)明中實際路由路徑示意圖。
圖3是本發(fā)明中另一路由路徑示意圖。
具體實施例方式
下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的詳細說明。 本發(fā)明是一種適用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，基于等邊三角形剖分模型的路由方法， 該路由方法包括有下列路由步驟 步驟一 基于等邊三角形剖分模型的區(qū)域網(wǎng)絡(luò)剖分 在一個由大量無線傳感器節(jié)點(如A節(jié)點、B節(jié)點、C節(jié)點、D節(jié)點、E節(jié)點……Z節(jié) 點)構(gòu)成的無線傳感區(qū)域網(wǎng)絡(luò)中，令每個傳感器的感知半徑記為r(單位為m)。在本發(fā)明
中，采用邊長為i來構(gòu)成等邊三角形，并利用該等邊三角形對所述的區(qū)域網(wǎng)絡(luò)進行剖分，剖
分結(jié)果如圖l所示。剖分后的區(qū)域網(wǎng)絡(luò)，每一個等邊三角形的頂點稱為虛擬節(jié)點，并在路由 路徑獲取中的作為虛擬源節(jié)點或虛擬中間節(jié)點。 圖1中，Vi頂點、V2頂點和V3頂點構(gòu)成一個等邊三角形。同理可得，V2頂點、、頂 點和V4頂點構(gòu)成另一個等邊三角形。V2頂點、V4頂點和V8頂點構(gòu)成再一個等邊三角形。
本發(fā)明中采用的等邊三角形剖分模型對區(qū)域網(wǎng)絡(luò)進行剖分，能夠?qū)Ρ黄史值膮^(qū) 域網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)全覆蓋剖分，而且在全覆蓋條件下相對于正方形剖分模型覆蓋率提高了 8% 15%。
步驟二 選取虛擬源節(jié)點
在步驟一剖分后的區(qū)域網(wǎng)絡(luò)中，以源節(jié)點為圓心，為半徑做圓。選擇落在該圓內(nèi)
的等邊三角形頂點作為虛擬源節(jié)點。該虛擬源節(jié)點與其他三角形頂點一起進行步驟三的虛 擬路由路徑獲取。 在本發(fā)明中，以源節(jié)點為圓心，^為半徑做圓，若有多個三角形頂點均落在圓邊界 上，則選取離目的節(jié)點較近的這個三角形頂點作為虛擬源節(jié)點。 在本發(fā)明中，將區(qū)域網(wǎng)絡(luò)中的A節(jié)點稱作源節(jié)點，Z節(jié)點稱作目的節(jié)點。圖7中， 以A頂點為圓心，;為半徑做圓(虛線)，該圓中有K頂點，于是選該頂點作為虛擬源頂點。
步驟三虛擬路由路徑獲取 為得到實際路由路徑，本發(fā)明首先獲取一條虛擬路由路徑，虛擬路由路徑的中間 節(jié)點是由網(wǎng)絡(luò)中三角形的頂點所構(gòu)成，獲取虛擬路由路徑就是從網(wǎng)絡(luò)中選取三角形的頂 點，具體步驟如下 解析A)，把虛擬源節(jié)點與目的節(jié)點連接成一條直線，選取虛擬源節(jié)點所在的等邊 三角形中與該直線夾角最小的三角形的邊，并把該邊的另一頂點作為虛擬路由路徑的下一 跳，即為虛擬中間節(jié)點。 如圖2所示，圖中虛擬源節(jié)點K頂點與目的節(jié)點(Z節(jié)點)連接形成直線K — Z， 該直線K — Z與等邊三角形中的VrV2邊形成的夾角a最小，并以該V「、邊的V2頂點作 為虛擬路由路徑中K節(jié)點點的下一跳。 解析B)，將最新選擇的虛擬中間節(jié)點與目的節(jié)點連接成一條直線，選取與該虛擬 中間節(jié)點所在的等邊三角形中與該直線夾角最小的三角形邊，并把該邊的另一頂點作為虛 擬路由路徑的下一跳，從而獲得了一個新的虛擬中間節(jié)點。 解析C)，判斷最新選取的虛擬中間節(jié)點與目的節(jié)點是否在同一三角形中，若是，則 轉(zhuǎn)到解析D);若不是，重復執(zhí)行解析B)。 如圖2所示，圖中V2頂點與目的節(jié)點(Z節(jié)點)連接形成直線、一Z，該直線V2 —Z 與等邊三角形中的V廠^邊形成的夾角13最小，并以該、-^邊的^頂點作為路由路徑中 的、頂點下一跳。因為VJ頁點與Z節(jié)點并不在同一三角形內(nèi)，所以重復執(zhí)行解析B);
如圖2所示，圖中V4頂點與目的節(jié)點(Z節(jié)點)連接形成直線V4 — Z，該直線V4 — Z
與等邊三角形中的V廠^邊形成的夾角X最小，并以該Vf^邊的V7頂點作為路由路徑中
的V4頂點下一跳。因為V7頂點與Z節(jié)點在同一三角形內(nèi)，所以不再重復執(zhí)行解析B)，而執(zhí) 行解析D)。 解析D)，由于虛擬路由路徑中的當前虛擬中間節(jié)點與目的節(jié)點同處同一等邊三角 形中，可直接將目的節(jié)點作為路由路徑的下一跳。 如圖2所示，圖中VJ頁點與目的節(jié)點(Z節(jié)點)同處同一等邊三角形中，可直接將 目的節(jié)點(Z節(jié)點)作為路由路徑中^頂點的下一跳，至此，從A源節(jié)點至目的節(jié)點(Z節(jié) 點)的虛擬路電路徑獲取完成，即K — V2 — V4 — V7 — Z，如圖2A中的虛線所示。
步驟四選取代表節(jié)點 (a)依據(jù)步驟三中所獲取的虛擬路由路徑中的虛擬中間節(jié)點為等邊三角形的頂 點，以其中每一個頂點為圓心，;為半徑做圓；
(b)選取出落在該圓內(nèi)的剩余電量最多的一個傳感器節(jié)點作為該頂點(圓心)的 代表節(jié)點，令該代表節(jié)點(記為RPT)處于工作狀態(tài)； (c)該圓內(nèi)的其它節(jié)點各自選取一個隨機時間t(單位S)進入休眠狀態(tài)。 例如圖1中，以VJ頁點為圓心，;為半徑做圓(虛線)，該圓中有D節(jié)點和E節(jié)點兩
個節(jié)點，V4頂點為D節(jié)點和E節(jié)點的相應(yīng)三角形頂點，假設(shè)E節(jié)點的電量高于D節(jié)點，那么 選取E節(jié)點作為V4頂點的代表節(jié)點。而D節(jié)點則選取一個隨機時間(t = 5s)進入休眠狀 態(tài)。同理可得，C節(jié)點是V2頂點的代表節(jié)點，F(xiàn)節(jié)點是V7頂點的代表節(jié)點。
步驟五實際路由路徑獲取 選擇虛擬路由路徑中虛擬中間節(jié)點的代表頂點作為實際路由路徑的中間節(jié)點，與 源節(jié)點和目的節(jié)點構(gòu)成實際路由路徑。在本發(fā)明中路由路徑為A — C — E — F — Z，如圖 2B中的粗實線所示。 步驟六數(shù)據(jù)傳輸及實際路由路徑維護 數(shù)據(jù)按照步驟五獲取的實際路由路徑A — C — E — F — Z進行傳輸；
在數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中，處于工作狀態(tài)的傳感器節(jié)點的能量逐漸消耗，同時區(qū)域網(wǎng) 絡(luò)中有大量節(jié)點處于休眠狀態(tài)。在此種狀態(tài)下，本發(fā)明通過對每個處于休眠狀態(tài)的傳感器 節(jié)點使用如下休眠策略來進行實際路由路徑維護 過程a)，對任一處于休眠狀態(tài)的節(jié)點記為SLP， SLP選定的隨機時間記為ti (單位 S)，在ti結(jié)束后，該節(jié)點自我喚醒進入工作狀態(tài)； 過程b)， SLP自我喚醒后，通過檢測RPT的電量，若RPT的電量高于設(shè)定電量，則 SLP重新進入休眠狀態(tài)；若RPT的電量低于設(shè)定電量，則SLP替代RPT作為新代表節(jié)點，執(zhí) 行代表節(jié)點的工作；而RPT進入退休狀態(tài)不再使用。
在本發(fā)明中，設(shè)定電量為總電量的5%。 本發(fā)明的一種基于等邊三角形剖分模型的路由方法中，在實際路由路徑的維護過 程中，在D節(jié)點休眠結(jié)束后，該節(jié)點自我喚醒進入工作狀態(tài)；D節(jié)點自我喚醒后，發(fā)現(xiàn)實際路 由路徑(如圖2B中的粗實線所示)中其對應(yīng)的虛擬中間節(jié)點(VJ頁點)的代表節(jié)點(E節(jié) 點)電量低于設(shè)定電量，則將代表節(jié)點(E節(jié)點)標記為退休狀態(tài)不再使用，D節(jié)點將自身 設(shè)定為相應(yīng)虛擬中間節(jié)點(l頂點)新的代表節(jié)點，實際路由路徑發(fā)生改變(如圖3粗實 線所示)，使用新的實際路由經(jīng)路徑進行數(shù)據(jù)傳輸。本發(fā)明方法采用休眠策略對實際路由路 徑進行維護，當實際路由路徑中某節(jié)點電量過低時，本方法既可以選取新的節(jié)點來維持數(shù) 據(jù)的繼續(xù)傳輸，又無需重新計算從源節(jié)點到目的節(jié)點的路由路徑，從而具有可靠性與靈活 性的雙重優(yōu)點。
權(quán)利要求
一種基于等邊三角形剖分模型的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中路由方法，該路由是為了將信息從源節(jié)點經(jīng)過多個中間節(jié)點發(fā)送到目標節(jié)點的過程，其特征在于該路由方法包括有下列路由步驟步驟一基于等邊三角形剖分模型的區(qū)域網(wǎng)絡(luò)剖分在一個由大量無線傳感器節(jié)點構(gòu)成的無線傳感區(qū)域網(wǎng)絡(luò)中，令每個傳感器的感知半徑記為r；采用邊長為來構(gòu)成等邊三角形，并利用該等邊三角形對所述的無線傳感區(qū)域網(wǎng)絡(luò)進行剖分；步驟二選取虛擬源節(jié)點在步驟一剖分后的區(qū)域網(wǎng)絡(luò)中，以源節(jié)點為圓心，為半徑做第一圓；選擇落在該第一圓內(nèi)的等邊三角形頂點作為虛擬源節(jié)點；步驟三虛擬路由路徑獲取虛擬路由路徑的獲取包括有下列解析步驟解析步驟A)，把虛擬源節(jié)點與目的節(jié)點連接成一條直線，選取虛擬源節(jié)點所在的等邊三角形中與該直線夾角最小的三角形的邊，并把該邊的另一頂點作為虛擬路由路徑的虛擬中間節(jié)點；解析步驟B)，將當前選擇的虛擬中間節(jié)點與目的節(jié)點連接成一條直線，選取與該虛擬中間節(jié)點所在的等邊三角形中與該直線夾角最小的三角形邊，并把該邊的另一頂點作為虛擬路由路徑的下一個虛擬中間節(jié)點；解析步驟C)，判斷最后選取的虛擬中間節(jié)點與目的節(jié)點是否在同一三角形中，若是，則轉(zhuǎn)到解析步驟D)；若不是，重復執(zhí)行解析步驟B)；解析步驟D)，由于虛擬路由路徑中的當前虛擬中間節(jié)點與目的節(jié)點同處同一等邊三角形中，直接將目的節(jié)點作為路由路徑的下一跳；步驟四選取代表節(jié)點(a)依據(jù)步驟三中所獲取的虛擬路由路徑中的虛擬中間節(jié)點為等邊三角形的頂點，并以該虛擬中間節(jié)點為圓心，為半徑做第二圓；(b)選取出落在該第二圓內(nèi)的剩余電量最多的一個傳感器節(jié)點作為代表節(jié)點RPT，且該代表節(jié)點RPT處于工作狀態(tài)；(c)該第二圓內(nèi)的其它傳感器節(jié)點各自選取一個隨機時間t(單位s)進入休眠狀態(tài)；步驟五實際路由路徑獲取從源節(jié)點開始，連接各個代表節(jié)點至目的節(jié)點構(gòu)成了實際路由路徑；步驟六數(shù)據(jù)傳輸及實際路由路徑維護在數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中，處于工作狀態(tài)的傳感器節(jié)點的能量逐漸消耗，同時區(qū)域網(wǎng)絡(luò)中有大量節(jié)點處于休眠狀態(tài)；在此種狀態(tài)下，采用如下休眠策略來對步驟五獲取的實際路由路徑進行維護過程a)，對任一處于休眠狀態(tài)的節(jié)點記為SLP，SLP選定的隨機時間記為ti，在ti結(jié)束后，該節(jié)點自我喚醒進入工作狀態(tài)；過程b)，SLP自我喚醒后，通過檢測RPT的電量，若RPT的電量高于設(shè)定電量，則SLP重新進入休眠狀態(tài)；若RPT的電量低于設(shè)定電量，則SLP替代RPT作為新代表節(jié)點，執(zhí)行代表節(jié)點的工作；而RPT進入退休狀態(tài)不再使用。F200910236517XC0000011.tif,F200910236517XC0000012.tif,F200910236517XC0000013.tif
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于等邊三角形剖分模型的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中路由方法，其 特征在于在步驟一的剖分后的區(qū)域網(wǎng)絡(luò)中，每一個等邊三角形的頂點稱為虛擬節(jié)點。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于等邊三角形剖分模型的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中路由方法，其 特征在于無線傳感區(qū)域網(wǎng)絡(luò)中的任意傳感器節(jié)點的設(shè)定電量為總電量的5%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于等邊三角形剖分模型的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中路由方法，該路由方法采用等邊三角形剖分模型對區(qū)域網(wǎng)絡(luò)進行剖分，然后為源節(jié)點選取一個三角形頂點作為路由路徑獲取中的虛擬源節(jié)點。在剖分后的網(wǎng)絡(luò)中，對虛擬源節(jié)點和其他三角形頂點采用貪婪策略進行路由計算從而獲取虛擬路由路徑，最后為每個虛擬中間節(jié)點選擇一個代表節(jié)點，從而得到實際的路由路徑。本發(fā)明采用等邊三角形剖分模型可以對區(qū)域網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)全覆蓋剖分，而且在全覆蓋條件下相對于正方形剖分模型提高了8％～15％的覆蓋率。
文檔編號H04W84/18GK101702834SQ20091023651
公開日2010年5月5日 申請日期2009年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月23日
發(fā)明者熊璋, 蘆效峰, 蒲菊華, 陳佳, 韓志成, 魏巍 申請人:北京航空航天大學