專利名稱：基于距離的無線傳感網(wǎng)高效廣播方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線多跳網(wǎng)絡(luò)(無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)Ad hoc網(wǎng)絡(luò)、無線mesh網(wǎng)絡(luò)等)領(lǐng)域中高效的廣播分組方法。
背景技術(shù)：
近些年來，無線多跳網(wǎng)絡(luò)(無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)Ad hoc網(wǎng)絡(luò)、無線mesh網(wǎng)絡(luò)等)領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)得到了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注，并取得了迅猛的發(fā)展。在這一領(lǐng)域的諸多研究方向中，盡可能的延長無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的工作壽命成為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問題之一。由于受到成本和體積等因素的限制，大多數(shù)普通無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的電池容量都十分有限且無法得到補(bǔ)充。為提高無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的壽命，通過在網(wǎng)絡(luò)中布設(shè)一部分可充電節(jié)點(diǎn)(比如具備太陽能電池的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn))，并設(shè)計(jì)能量高效型網(wǎng)絡(luò)協(xié)議以利用這些節(jié)點(diǎn)分擔(dān)較多的通信任務(wù)，在許多應(yīng)用環(huán)境中收到了良好的效果，成為一種被人們普遍接受的提高網(wǎng)絡(luò)壽命解決方案。全網(wǎng)廣播是實(shí)現(xiàn)無線傳感網(wǎng)管理、控制和數(shù)據(jù)傳播等任務(wù)的重要網(wǎng)絡(luò)操作功能，在無線傳感網(wǎng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)中具有重要地位。傳統(tǒng)的簡單廣播(simpIe broadcast)方法需要網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)都轉(zhuǎn)發(fā)廣播包一次，具有很大的冗余性，浪費(fèi)了無線帶寬資源，也導(dǎo)致了更多的傳輸碰撞，降低了傳輸可靠性。如何實(shí)現(xiàn)高效網(wǎng)絡(luò)廣播是實(shí)現(xiàn)無線傳感網(wǎng)高效能操作的重要保證，已有高效無線傳感網(wǎng)廣播方法包括利用一跳拓?fù)?、兩跳拓?fù)?、?jié)點(diǎn)位置信息、計(jì)數(shù)、面積、距離等方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明設(shè)計(jì)一種結(jié)合轉(zhuǎn)發(fā)距離和網(wǎng)絡(luò)中存在的可充電節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)高效能廣播的方法。本發(fā)明通過在實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò) 廣播的過程中，盡量使可充電節(jié)點(diǎn)和可以覆蓋更多尚未覆蓋區(qū)域的節(jié)點(diǎn)承擔(dān)轉(zhuǎn)發(fā)任務(wù)，達(dá)到減少轉(zhuǎn)發(fā)次數(shù)并均衡和節(jié)省網(wǎng)絡(luò)能量消耗和降低廣播開銷的目的。本發(fā)明提供一種基于距離的無線傳感網(wǎng)高效廣播方法，在可充電節(jié)點(diǎn)和不可二次充電節(jié)點(diǎn)組成的網(wǎng)絡(luò)中，根據(jù)各個(gè)節(jié)點(diǎn)屬性和轉(zhuǎn)發(fā)距離進(jìn)行分組廣播；對(duì)于可充電節(jié)點(diǎn)，收到廣播分組后立即轉(zhuǎn)發(fā)；對(duì)于不可二次充電節(jié)點(diǎn)，收到廣播分組后，依據(jù)網(wǎng)絡(luò)密度、節(jié)點(diǎn)分布、自己與廣播分組發(fā)送節(jié)點(diǎn)之間的距離、廣播任務(wù)要求的可靠度來確定轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)機(jī)及是否需要轉(zhuǎn)發(fā)。本發(fā)明所述的基于距離的無線傳感網(wǎng)高效廣播方法，包括以下步驟
步驟1:當(dāng)信源節(jié)點(diǎn)s有一個(gè)廣播分組需要轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)，它立即將該分組轉(zhuǎn)發(fā)給自己的所有鄰居節(jié)點(diǎn)；
步驟2 :當(dāng)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)X從鄰居節(jié)點(diǎn)y接收到一條廣播分組時(shí)，x^s, x^y,它將執(zhí)行以下操作
I)如果y=s，X將直接進(jìn)一步將該廣播分組轉(zhuǎn)發(fā)給自己的鄰居節(jié)點(diǎn)，轉(zhuǎn)發(fā)之后節(jié)點(diǎn)X將不再接受與該廣播分組相關(guān)的重復(fù)分組，否則轉(zhuǎn)2)
2)如果X是第一次接收到該分組，則執(zhí)行以下操作
如果X e A,則X立即轉(zhuǎn)發(fā)該分組，轉(zhuǎn)發(fā)之后節(jié)點(diǎn)X將不再接受與該廣播分組相關(guān)的重復(fù)分組；
如果X e N,如果dxy〈=L，節(jié)點(diǎn)X直接丟棄收到的分組且將不再接受與該廣播分組相關(guān)的重復(fù)分組，否則dxy>L，X啟動(dòng)一個(gè)本地轉(zhuǎn)發(fā)定時(shí)器；
3)如果非第一次收到該分組且Xe N，則執(zhí)行以下操作
如果dxy〈=L，節(jié)點(diǎn)X直接丟棄收到的分組、取消與該分組相關(guān)的本地轉(zhuǎn)發(fā)計(jì)時(shí)器、且將不再接受與該廣播分組相關(guān)的重復(fù)分組；
如果dxy>L且y是迄今為止向節(jié)點(diǎn)X轉(zhuǎn)發(fā)該分組的鄰居節(jié)點(diǎn)中，距離X最近的節(jié)點(diǎn)，則X將延長本地轉(zhuǎn)發(fā)計(jì)時(shí)器的剩余時(shí)間長度；
其中A為可充電節(jié)點(diǎn)和匯聚節(jié)點(diǎn)的集合，N為不可二次充電節(jié)點(diǎn)的集合，dxy為節(jié)點(diǎn)X和節(jié)點(diǎn)y之間的距離，L是預(yù)先指定的一個(gè)參數(shù)，與網(wǎng)絡(luò)密度、節(jié)點(diǎn)分布和任務(wù)要求的轉(zhuǎn)發(fā)可靠度相關(guān)；
4)如果本地轉(zhuǎn)發(fā)定時(shí)器超時(shí)，則當(dāng)前節(jié)點(diǎn)需要向鄰居節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)該分組，轉(zhuǎn)發(fā)之后將不再接受與該廣播分組相關(guān)的重復(fù)分組。所述的基于距離的無線傳感網(wǎng)高效廣播方法，其中步驟2)中所述的定時(shí)器設(shè)置方法定時(shí)器時(shí)間長度TX (l/dxy)，T是預(yù)先指定的參數(shù)，其值與網(wǎng)絡(luò)密度、節(jié)點(diǎn)分布和廣播任務(wù)要求的可靠度相關(guān)。所述的基于距離的無線`傳感網(wǎng)高效廣播方法，其中步驟3)中所述的定時(shí)器設(shè)置方法剩余時(shí)間長度調(diào)整為TX (l/dxy)-tx, tx代表節(jié)點(diǎn)X啟動(dòng)本地轉(zhuǎn)發(fā)計(jì)時(shí)器后迄今為止已經(jīng)消逝的時(shí)間。有益效果本發(fā)明設(shè)計(jì)的無線廣播方法僅需要節(jié)點(diǎn)具有很少的信息，實(shí)現(xiàn)了簡單高效網(wǎng)絡(luò)廣播。廣播的可靠性可以通過調(diào)節(jié)L的數(shù)值實(shí)現(xiàn)。一般來說(如，對(duì)于平面且節(jié)點(diǎn)均勻分布的無線傳感網(wǎng)來說)，L值越小，廣播可靠度越高，同時(shí)廣播開銷也越大。定時(shí)器長度的設(shè)置方法，使得對(duì)于非可二次充電節(jié)點(diǎn)來說，越遠(yuǎn)的接收鄰居轉(zhuǎn)發(fā)次序越早，這樣可以盡量擴(kuò)大單次轉(zhuǎn)發(fā)覆蓋的新節(jié)點(diǎn)數(shù)(面積)。這里，新節(jié)點(diǎn)指尚未收到該廣播分組的節(jié)點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式網(wǎng)絡(luò)中具有多個(gè)無線節(jié)點(diǎn)，其中一些無線節(jié)點(diǎn)可以從自然界獲得能量(如利用太陽能等)，記做集合A ;—些無線節(jié)點(diǎn)僅通過電池供電，不可進(jìn)行二次充電，記做集合N。A和N的交集為空。網(wǎng)絡(luò)中可以存在一個(gè)或多個(gè)匯聚節(jié)點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)每個(gè)節(jié)點(diǎn)均具有一個(gè)全向天線。與不可二次充電節(jié)點(diǎn)相比，每個(gè)匯聚節(jié)點(diǎn)的能量都非常大，因此令其歸屬于集合A ;每個(gè)節(jié)點(diǎn)能夠獲知自己和每個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)之間的距離信息，這可以通過無線測距、節(jié)點(diǎn)位置信息等方式獲得。網(wǎng)絡(luò)的通信任務(wù)為實(shí)現(xiàn)信源節(jié)點(diǎn)到網(wǎng)絡(luò)中其他節(jié)點(diǎn)的分組廣播。基于距離的無線傳感網(wǎng)高效廣播方法
步驟1:當(dāng)信源節(jié)點(diǎn)S有一個(gè)廣播分組需要轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)，它立即將該分組轉(zhuǎn)發(fā)給自己的所有鄰居節(jié)點(diǎn)；步驟2
當(dāng)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)X從鄰居節(jié)點(diǎn)Y接收到一條廣播分組時(shí)，X ^ s, x^y,它將執(zhí)行以下操作
1)如果y=s，X將直接進(jìn)一步將該廣播分組轉(zhuǎn)發(fā)給自己的鄰居節(jié)點(diǎn)，轉(zhuǎn)發(fā)之后節(jié)點(diǎn)X將不再接受與該廣播分組相關(guān)的重復(fù)分組，這是為了避免廣播信源的鄰居節(jié)點(diǎn)區(qū)域成為廣播的瓶頸，否則轉(zhuǎn)2);
2)如果X是第一次接收到該分組，則執(zhí)行以下操作
如果X e A,則X立即轉(zhuǎn)發(fā)該分組，轉(zhuǎn)發(fā)之后節(jié)點(diǎn)X將不再接受與該廣播分組相關(guān)的重復(fù)分組；
如果X e N,如果dxy〈=L，節(jié)點(diǎn)X直接丟棄收到的分組且將不再接受與該廣播分組相關(guān)的重復(fù)分組，否則dxy>L，X啟動(dòng)一個(gè)本地轉(zhuǎn)發(fā)定時(shí)器，定時(shí)器時(shí)間長度TX(l/dxy)，T和L是預(yù)先指定的一個(gè)參數(shù)，與網(wǎng)絡(luò)密度、節(jié)點(diǎn)分布和任務(wù)要求的轉(zhuǎn)發(fā)可靠度相關(guān)，T可以是200或300毫秒等數(shù)值，L的值可以選擇為O. 2倍的節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)半徑；令tx代表節(jié)點(diǎn)x啟動(dòng)本地轉(zhuǎn)發(fā)計(jì)時(shí)器后迄今為止已經(jīng)消逝的時(shí)間；dxy為節(jié)點(diǎn)X和節(jié)點(diǎn)y之間的距離。如果非第一次收到該分組且X e N，則執(zhí)行以下操作
如果dxy〈=L，節(jié)點(diǎn)X直接丟棄收到的分組、取消與該分組相關(guān)的本地轉(zhuǎn)發(fā)計(jì)時(shí)器、且將不再接受與該廣播分組相關(guān)的重復(fù)分組；
如果dxy>L且y是迄今為止向節(jié)點(diǎn)X轉(zhuǎn)發(fā)該分組的鄰居節(jié)點(diǎn)中，距離X最近的節(jié)點(diǎn)，則X將本地轉(zhuǎn)發(fā)計(jì)時(shí)器的剩余時(shí)間長度調(diào)整(延長)為TX (l/dxy)-tx ；
3)如果本地轉(zhuǎn)發(fā)定時(shí)器超時(shí)，則當(dāng)前節(jié)點(diǎn)需要向鄰居節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)該分組，轉(zhuǎn)發(fā)之后將不再接受與該廣播分組相關(guān)的 重復(fù)分組。廣播操作完畢。
權(quán)利要求
1.一種基于距離的無線傳感網(wǎng)高效廣播方法，其特征在于 在可充電節(jié)點(diǎn)和不可二次充電節(jié)點(diǎn)組成的網(wǎng)絡(luò)中，根據(jù)各個(gè)節(jié)點(diǎn)屬性和轉(zhuǎn)發(fā)距離進(jìn)行分組廣播；對(duì)于可充電節(jié)點(diǎn)，收到廣播分組后立即轉(zhuǎn)發(fā)；對(duì)于不可二次充電節(jié)點(diǎn)，收到廣播分組后，依據(jù)網(wǎng)絡(luò)密度、節(jié)點(diǎn)分布、自己與廣播分組發(fā)送節(jié)點(diǎn)之間的距離、廣播任務(wù)要求的可靠度來確定轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)機(jī)及是否需要轉(zhuǎn)發(fā)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于距離的無線傳感網(wǎng)高效廣播方法，其特征在于包括以下步驟 步驟1:當(dāng)信源節(jié)點(diǎn)s有一個(gè)廣播分組需要轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)，它立即將該分組轉(zhuǎn)發(fā)給自己的所有鄰居節(jié)點(diǎn)； 步驟2 :當(dāng)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)X從鄰居節(jié)點(diǎn)y接收到一條廣播分組時(shí)，x^s, x^y,它將執(zhí)行以下操作 1)如果y=s，X將直接進(jìn)一步將該廣播分組轉(zhuǎn)發(fā)給自己的鄰居節(jié)點(diǎn)，轉(zhuǎn)發(fā)之后節(jié)點(diǎn)X將不再接受與該廣播分組相關(guān)的重復(fù)分組，否則轉(zhuǎn)2)； 2)如果X是第一次接收到該分組，則執(zhí)行以下操作 如果X e A,則X立即轉(zhuǎn)發(fā)該分組，轉(zhuǎn)發(fā)之后節(jié)點(diǎn)X將不再接受與該廣播分組相關(guān)的重復(fù)分組； 如果X e N,如果dxy〈=L，節(jié)點(diǎn)X直接丟棄收到的分組且將不再接受與該廣播分組相關(guān)的重復(fù)分組，否則dxy>L，X啟動(dòng)一個(gè)本地轉(zhuǎn)發(fā)定時(shí)器； 3)如果非第一次收到該分組且Xe N，則執(zhí)行以下操作 如果dxy〈=L，節(jié)點(diǎn)X直接丟棄收到的分組、取消與該分組相關(guān)的本地轉(zhuǎn)發(fā)計(jì)時(shí)器、且將不再接受與該廣播分組相關(guān)的重復(fù)分組； 如果dxy>L且y是迄今為止向節(jié)點(diǎn)X轉(zhuǎn)發(fā)該分組的鄰居節(jié)點(diǎn)中，距離X最近的節(jié)點(diǎn)，則X將延長本地轉(zhuǎn)發(fā)計(jì)時(shí)器的剩余時(shí)間長度； 其中A為可充電節(jié)點(diǎn)和匯聚節(jié)點(diǎn)的集合，N為不可二次充電節(jié)點(diǎn)的集合，dxy為節(jié)點(diǎn)X和節(jié)點(diǎn)y之間的距離，L是預(yù)先指定的一個(gè)參數(shù)，與網(wǎng)絡(luò)密度、節(jié)點(diǎn)分布和任務(wù)要求的轉(zhuǎn)發(fā)可靠度相關(guān)； 4)如果本地轉(zhuǎn)發(fā)定時(shí)器超時(shí)，則當(dāng)前節(jié)點(diǎn)需要向鄰居節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)該分組，轉(zhuǎn)發(fā)之后將不再接受與該廣播分組相關(guān)的重復(fù)分組。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于距離的無線傳感網(wǎng)高效廣播方法，其特征在于，其中步驟2)中所述的定時(shí)器設(shè)置方法定時(shí)器時(shí)間長度TX (l/dxy)，T是預(yù)先指定的參數(shù)，其值與網(wǎng)絡(luò)密度、節(jié)點(diǎn)分布和廣播任務(wù)要求的可靠度相關(guān)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于距離的無線傳感網(wǎng)高效廣播方法，其特征在于，其中步驟3)中所述的定時(shí)器設(shè)置方法剩余時(shí)間長度調(diào)整為TX (l/dxy)-tx，T是預(yù)先指定的參數(shù)，其值與網(wǎng)絡(luò)密度、節(jié)點(diǎn)分布和廣播任務(wù)要求的可靠度相關(guān)，tx代表節(jié)點(diǎn)X啟動(dòng)本地轉(zhuǎn)發(fā)計(jì)時(shí)器后迄今為止已經(jīng)消逝的時(shí)間。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于距離的無線傳感網(wǎng)能量高效廣播方法，屬于無線傳感網(wǎng)協(xié)議設(shè)計(jì)領(lǐng)域。該方法結(jié)合了節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)距離和網(wǎng)絡(luò)中存在的一些可充電節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)高效無線傳感網(wǎng)廣播操作，具有高效性、簡單性和可擴(kuò)展性。
文檔編號(hào)H04W84/18GK103067870SQ201210565590
公開日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2012年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月23日
發(fā)明者尹崇祿, 趙壯, 賀靜, 梅武鋼 申請(qǐng)人:江蘇中科泛聯(lián)物聯(lián)網(wǎng)科技股份有限公司