專利名稱：用于移動傳感器網(wǎng)絡(luò)的路徑搜索方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種無線通信技術(shù)領(lǐng)域的方法，具體是一種用于移動傳感器網(wǎng)絡(luò) 的路徑搜索方法。
背景技術(shù)：
隨著無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)開始進(jìn)入人們生產(chǎn)、 生活的各個方面。由于它們有著體積小，重量輕，省電節(jié)能等等優(yōu)點，為人們帶來了巨大的 便利。但是也由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特殊性，它也有許多問題需要克服。體積小，重量 輕，意味著無線傳感器網(wǎng)絡(luò)每個節(jié)點不可能擁有強(qiáng)大的運(yùn)算能力，龐大的內(nèi)存，故對于無線 傳感器網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)組織方法提出較高的要求，而網(wǎng)絡(luò)組織的核心是路徑搜索方法。伴隨著 網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，各種各樣的路徑搜索方法被提出，用于解決從信號從一個節(jié)點通過若干其他 節(jié)點到達(dá)另一個節(jié)點的過程。路徑搜索方法對于組織網(wǎng)絡(luò)來說是十分重要的，通過它，網(wǎng)絡(luò) 中不直接相連的節(jié)點才可以成功的傳送數(shù)據(jù)到指定接收節(jié)點。從現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)的檢索發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)在較常用的有DSDV(節(jié)點序列距離矢量)， A0DV(按需距離矢量)，DSR(動態(tài)源路由)等路徑搜索方法。這些方法的提出主要是針對 于有線網(wǎng)絡(luò)或者是固定位置的無線網(wǎng)絡(luò)，用于網(wǎng)絡(luò)中任意兩個節(jié)點之間進(jìn)行連接建立、數(shù) 據(jù)傳送。這些節(jié)點連接拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化緩慢，并且可以隨時進(jìn)行路徑搜索工作。但是在無線 傳感器網(wǎng)絡(luò)中，尤其是可移動的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點連接的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化迅速(節(jié)點移 動或節(jié)點失效)，這些方法并不能有效建立路徑。一般固定位置的傳感器網(wǎng)絡(luò)采用的是樹狀 結(jié)構(gòu)，普通的傳感器節(jié)點(兒子節(jié)點)都是把數(shù)據(jù)發(fā)送到接收節(jié)點(根節(jié)點)，就是普通的 傳感器節(jié)點間相互傳輸也是通過根節(jié)點來交換的。而移動的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間的拓?fù)浣Y(jié) 構(gòu)變動非常大，無法使用固定的樹狀結(jié)構(gòu)。而且無線傳感器網(wǎng)絡(luò)為了節(jié)約節(jié)點能量，需要周 期性的休眠，從而無法隨時建立路徑搜索。以上種種問題導(dǎo)致上述路徑搜索方法并不十分 適合移動無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的情況。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技本存在的上述不足，提供一種用于移動傳感器網(wǎng)絡(luò) 的路徑搜索方法。本發(fā)明針對只有一個接收節(jié)點的小規(guī)模、節(jié)點位置變化頻繁的移動無線 自組織傳感器網(wǎng)絡(luò)，采用分布式的路徑維護(hù)方法，減少了路徑尋找過程的復(fù)雜度，明顯提高 了路徑變化的響應(yīng)速度。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括以下步驟第一步，在只有一個接收節(jié)點的移動無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，分別為每個無線傳感器 節(jié)點編號。第二步，每個無線傳感器節(jié)點分別周期性的向該網(wǎng)絡(luò)中此節(jié)點的鄰居節(jié)點進(jìn)行路 徑信息的廣播，且同時在每個周期的路徑發(fā)現(xiàn)時間t內(nèi)監(jiān)聽其它節(jié)點廣播的路徑信息，將接收到的路徑信息加入該節(jié)點的路徑候選列表。所述的路徑發(fā)現(xiàn)時間t的取值范圍是0. 05s-0. 4s。所述的路徑信息包括節(jié)點編號、該節(jié)點到接收節(jié)點的最小跳數(shù)和該節(jié)點中數(shù)據(jù) 堆棧中的數(shù)據(jù)量。第三步，經(jīng)過路徑發(fā)現(xiàn)時間t后，對節(jié)點i進(jìn)行下一跳節(jié)點估計處理，得到節(jié)點i 的下一跳節(jié)點是節(jié)點j，節(jié)點i將其中待發(fā)送的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給節(jié)點j，節(jié)點i清空其路徑候選 列表，節(jié)點j將接收到的數(shù)據(jù)加入到其節(jié)點數(shù)據(jù)堆棧。所述的下一跳節(jié)點估計處理，是1)去除節(jié)點i的路徑候選列表I中到接收節(jié)點的最小跳數(shù)大于閾值G的節(jié)點，得 到新的路徑候選列表Γ ；2)使用估計函數(shù)f(hopk，f Iowk)對路徑候選列表Γ中的所有節(jié)點進(jìn)行比較，取其 中min[f (hopk，flowk)]所對應(yīng)的節(jié)點j作為節(jié)點i的下一跳節(jié)點，k和j都是路徑候選列 表Γ中的節(jié)點。所述的閾值G的取值范圍是5_10。所述的估計函數(shù)f(hopk，fl0Wk)，是f (hopk, flowk) = hopk*M+flowk，其中hopk是節(jié)點k到接收節(jié)點的最小跳數(shù)，flowk是節(jié)點k數(shù)據(jù)堆棧中的數(shù)據(jù)量， M是正整數(shù)。第四步，經(jīng)過數(shù)據(jù)發(fā)送后，節(jié)點繼續(xù)監(jiān)聽接收數(shù)據(jù)，當(dāng)在時間At內(nèi)未接收到數(shù)據(jù) 時，則該節(jié)點進(jìn)入休眠狀態(tài)。所述的時間Δ t的取值范圍是0. ls-0. 4s。第五步，從工作周期開始，經(jīng)過工作周期間隔Δ T時間后，開始新的工作周期，返 回第二步，開始新一輪的搜索，直到應(yīng)用結(jié)束。所述的工作周期間隔Δ T的取值范圍是ls-10s。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是(i)采用分布式的路徑搜索方法，不需要 全部的路徑信息就可以建立路徑，可以適應(yīng)快速的節(jié)點拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變更；(ii)路徑維護(hù)是局 部性的，維護(hù)開銷??；(iii)定時維護(hù)路徑，優(yōu)化現(xiàn)有路徑，平衡節(jié)點的吞吐量，減少中間節(jié) 點跳數(shù)；(iv)傳輸路徑近似為物理可達(dá)下的最優(yōu)路徑，最終本發(fā)明的能量消耗小、接收節(jié) 點成功接收到的包數(shù)多、丟包率低、傳輸包經(jīng)過更多中繼節(jié)點不丟失。


圖1是分別采用本實施例方法和現(xiàn)有技術(shù)中的AODV方法得到的能量消耗對比示 意圖。圖2是分別采用本實施例方法和現(xiàn)有技術(shù)中的AODV方法得到的接收節(jié)點成功接 收到的包數(shù)對比示意圖。圖3是分別采用本實施例方法和現(xiàn)有技術(shù)中的AODV方法得到的丟包率的對比示 意圖。圖4是分別采用本實施例方法和現(xiàn)有技術(shù)中的AODV方法得到的平均傳輸包經(jīng)過 節(jié)點數(shù)(跳數(shù))的對比示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例作詳細(xì)說明本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前 提下進(jìn)行實施，給出了詳細(xì)的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下 述的實施例。實施例本實施例的移動無線傳感器網(wǎng)絡(luò)環(huán)境參數(shù)如下傳輸半徑20米，工作周期間隔 2. 0秒，節(jié)點數(shù)為20個，路徑廣播包大小為50字節(jié)，數(shù)據(jù)包大小為100字節(jié)，發(fā)射功率為 35. 28毫瓦，接收功率為31. 32毫瓦，傳輸速率為250k比特每秒，場景大小為60米X 60米。本實施例包括如下具體步驟第一步，在只有一個接收節(jié)點的移動無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，分別為每個無線傳感器 節(jié)點編號，其中接收節(jié)點的編號為0，其余節(jié)點的編號依次為1、2、…、19。第二步，每個無線傳感器節(jié)點分別周期性的向該網(wǎng)絡(luò)中此節(jié)點的鄰居節(jié)點進(jìn)行路 徑信息的廣播，且同時在路徑發(fā)現(xiàn)時間t (本實施例中t = 0. Is)內(nèi)監(jiān)聽其它節(jié)點廣播的路 徑信息，將接收到的路徑信息加入該節(jié)點的路徑候選列表。所述的路徑信息包括節(jié)點編號、該節(jié)點到接收節(jié)點的最小跳數(shù)和該節(jié)點中數(shù)據(jù) 堆棧中的數(shù)據(jù)量。第三步，經(jīng)過路徑發(fā)現(xiàn)時間t后，對節(jié)點i進(jìn)行下一跳節(jié)點估計處理，得到節(jié)點i 的下一跳節(jié)點是節(jié)點j，節(jié)點i將其中待發(fā)送的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給節(jié)點j，節(jié)點i清空其路徑候選 列表，節(jié)點j將接收到的數(shù)據(jù)加入到其節(jié)點數(shù)據(jù)堆棧。所述的下一跳節(jié)點估計處理，是1)去除節(jié)點i的路徑候選列表I中到接收節(jié)點的最小跳數(shù)大于閾值G(本實施例 中G = 5)的節(jié)點，得到新的路徑候選列表Γ ；2)使用估計函數(shù)f(hopk，f Iowk)對路徑候選列表Γ中的所有節(jié)點進(jìn)行比較，取其 中min[f (hopk，flowk)]所對應(yīng)的節(jié)點j作為節(jié)點i的下一跳節(jié)點，k和j都是路徑候選列 表Γ中的節(jié)點。本實施例中所述的估計函數(shù)f (hopk，flowk)，是f (hopk, flowk) = hopk*100+flowk，其中hopk是節(jié)點k到接收節(jié)點的最小跳數(shù)，flowk是節(jié)點k數(shù)據(jù)堆棧中暫存的數(shù)據(jù)量。第四步，經(jīng)過數(shù)據(jù)發(fā)送后，節(jié)點繼續(xù)監(jiān)聽接收數(shù)據(jù)，當(dāng)在時間At(本實施例中At =0. Is)內(nèi)未接收到數(shù)據(jù)，則該節(jié)點進(jìn)入休眠狀態(tài)。第五步，從上次工作周期開始時間，經(jīng)過工作周期間隔ΔΤ(本實施例中AT = 2s) 時間后，開始新的工作周期，返回第二步，開始新一輪的搜索，直至應(yīng)用結(jié)束。分別采用本實施例方法和現(xiàn)有技術(shù)中的AODV方法得到的能量消耗對比示意圖如 圖1所示，由該圖可知本實施例方法的路徑搜索消耗的能量較小。分別采用本實施例方法和現(xiàn)有技術(shù)中的AODV方法得到的接收節(jié)點成功接收到的 包數(shù)對比示意圖如圖2所示，由該圖可知本實施例方法的路徑可以快速建立，系統(tǒng)穩(wěn)定且 數(shù)據(jù)到達(dá)數(shù)高；而現(xiàn)有技術(shù)的AODV方法在本實施例的應(yīng)用環(huán)境下無法有效的建立數(shù)據(jù)通
分別采用本實施例方法和現(xiàn)有技術(shù)中的AODV方法得到的丟包率的對比示意圖如 圖3所示，由該圖可知本實施例方法的丟包率明顯小于現(xiàn)有技術(shù)中的AODV方法。分別采用本實施例方法和現(xiàn)有技術(shù)中的AODV方法得到的平均傳輸包經(jīng)過節(jié)點數(shù) (跳數(shù))的對比示意圖如圖4所示，由該圖可知本實施例方法的跳數(shù)較大，這是由于本實 施例方法的數(shù)據(jù)可以通過更多的中繼節(jié)點來傳遞數(shù)據(jù)，即可以建立包含更多跳數(shù)的路徑。
權(quán)利要求
一種用于移動傳感器網(wǎng)絡(luò)的路徑搜索方法，其特征在于，包括以下步驟第一步，在只有一個接收節(jié)點的移動無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，分別為每個無線傳感器節(jié)點編號；第二步，每個無線傳感器節(jié)點分別周期性的向該網(wǎng)絡(luò)中此節(jié)點的鄰居節(jié)點進(jìn)行路徑信息的廣播，且同時在每個周期的路徑發(fā)現(xiàn)時間t內(nèi)監(jiān)聽其它節(jié)點廣播的路徑信息，將接收到的路徑信息加入該節(jié)點的路徑候選列表；第三步，經(jīng)過路徑發(fā)現(xiàn)時間t后，對節(jié)點i進(jìn)行下一跳節(jié)點估計處理，得到節(jié)點i的下一跳節(jié)點是節(jié)點j，節(jié)點i將其中待發(fā)送的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給節(jié)點j，節(jié)點i清空其路徑候選列表，節(jié)點j將接收到的數(shù)據(jù)加入到其節(jié)點數(shù)據(jù)堆棧；第四步，經(jīng)過數(shù)據(jù)發(fā)送后，節(jié)點繼續(xù)監(jiān)聽接收數(shù)據(jù)，當(dāng)在時間Δt內(nèi)未接收到數(shù)據(jù)，則該節(jié)點進(jìn)入休眠狀態(tài)；第五步，從工作周期開始，經(jīng)過工作周期間隔ΔT時間后，開始新的工作周期，返回第二步，開始新一輪的搜索，直到應(yīng)用結(jié)束。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于移動傳感器網(wǎng)絡(luò)的路徑搜索方法，其特征是，第二步中 所述的路徑發(fā)現(xiàn)時間t的取值范圍是0. 05s-0. 4s。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于移動傳感器網(wǎng)絡(luò)的路徑搜索方法，其特征是，第二步中 所述的路徑信息包括節(jié)點編號、該節(jié)點到接收節(jié)點的最小跳數(shù)和該節(jié)點中數(shù)據(jù)堆棧中的 數(shù)據(jù)量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于移動傳感器網(wǎng)絡(luò)的路徑搜索方法，其特征是，第三步中 所述的下一跳節(jié)點估計處理，是1)去除節(jié)點i的路徑候選列表I中到接收節(jié)點的最小跳數(shù)大于閾值G的節(jié)點，得到新 的路徑候選列表Γ ；2)使用估計函數(shù)f(hopk，floek)對路徑候選列表Γ中的所有節(jié)點進(jìn)行比較，取其中 min[f(hopk, flowk)]所對應(yīng)的節(jié)點j作為節(jié)點i的下一跳節(jié)點，k和j都是路徑候選列表 I'中的節(jié)點。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于移動傳感器網(wǎng)絡(luò)的路徑搜索方法，其特征是，所述的閾 值G的取值范圍是5-10。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于移動傳感器網(wǎng)絡(luò)的路徑搜索方法，其特征是，所述的估 計函數(shù) f(hopk，flowk)，是:f (hopk, flowk) = hopk*M+flowk,其中hopk是節(jié)點k到接收節(jié)點的最小跳數(shù)，flowk是節(jié)點k數(shù)據(jù)堆棧中暫存的數(shù)據(jù)量， M是正整數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于移動傳感器網(wǎng)絡(luò)的路徑搜索方法，其特征是，第四步中 所述的時間At的取值范圍是0. ls-0. 4s。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于移動傳感器網(wǎng)絡(luò)的路徑搜索方法，其特征是，第五步中 所述的工作周期間隔ΔΤ的取值范圍是ls-10s。
全文摘要
一種無線通信技術(shù)領(lǐng)域的用于移動傳感器網(wǎng)絡(luò)的路徑搜索方法，包括以下步驟分別為每個無線傳感器節(jié)點編號；節(jié)點進(jìn)行路徑信息的廣播，且同時監(jiān)聽其它節(jié)點的路徑信息，將接收到的路徑信息加入該節(jié)點的路徑候選列表；進(jìn)行下一跳節(jié)點估計處理，得到節(jié)點的下一跳節(jié)點，將其中待發(fā)送的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給下一跳節(jié)點；當(dāng)在時間Δt內(nèi)未接收到數(shù)據(jù)，則該節(jié)點進(jìn)入休眠狀態(tài)；從工作周期開始，經(jīng)過工作周期間隔ΔT時間后，開始新的工作周期，直到應(yīng)用結(jié)束。本發(fā)明針對只有一個接收節(jié)點的小規(guī)模、節(jié)點位置變化頻繁的移動無線自組織傳感器網(wǎng)絡(luò)，采用分布式的路徑維護(hù)方法，減少了路徑尋找過程的復(fù)雜度，增加了對于路徑變化的響應(yīng)速度。
文檔編號H04W40/02GK101951599SQ20101027471
公開日2011年1月19日 申請日期2010年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月7日
發(fā)明者呂超, 李成, 王新兵, 田軍, 駱喆 申請人:上海交通大學(xué);富士通株式會社