一種極大化無線傳感器網(wǎng)絡(luò)壽命的動態(tài)路由協(xié)議的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種動態(tài)路由協(xié)議，特別是設(shè)及一種極大化無線傳感器網(wǎng)絡(luò)壽命的動 態(tài)路由協(xié)議。
【背景技術(shù)】
[0002] 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由微小的傳感器節(jié)點(diǎn)借助無線通信W自組織的方式構(gòu)成的數(shù) 據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)。由于傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能量、計(jì)算資源、通信能力和節(jié)點(diǎn)可靠性都是十分有限 的，因此，如何充分利用節(jié)點(diǎn)能量增加傳感器網(wǎng)絡(luò)壽命成為當(dāng)前無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究的重 要課題之一。
[0003] 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由算法必須要考慮到傳感器的特點(diǎn)：能量有限、存儲容量有限、 計(jì)算能力有限和無線發(fā)射距離有限。路由算法在考慮路由能量效率的同時考慮網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的 負(fù)載均衡，路由算法不應(yīng)該頻繁使用某條路徑或某幾個節(jié)點(diǎn)（盡管能量效率很好），否則有 關(guān)節(jié)點(diǎn)的能量將很快耗盡，引起網(wǎng)絡(luò)分立和網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測數(shù)據(jù)不完整，或網(wǎng)絡(luò)實(shí)效。在設(shè)計(jì)路由 協(xié)議時，應(yīng)考慮兩個問題：均勻使用節(jié)點(diǎn)能量和數(shù)據(jù)融合。從整個網(wǎng)絡(luò)來看，應(yīng)該平衡使用 各個節(jié)點(diǎn)的能量消耗，否則某些節(jié)點(diǎn)過早地耗盡能量會導(dǎo)致缺少某些區(qū)域的信息或者網(wǎng)絡(luò) 擁痕。另外，路由過程的中間節(jié)點(diǎn)并不是簡單的轉(zhuǎn)發(fā)所收到數(shù)據(jù)，由于同一區(qū)域內(nèi)的節(jié)點(diǎn)發(fā) 送的數(shù)據(jù)具有很大的冗余性，中間節(jié)點(diǎn)需要對運(yùn)些數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，只轉(zhuǎn)發(fā)有用的信息。 數(shù)據(jù)融合有效降低了整個網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)量。
[0004] 為增加網(wǎng)絡(luò)壽命，文獻(xiàn)"Maximum lifetime routing inwireless sen-sornetworks"中，化ang J H和化ssiulas L.提出的用線性規(guī)劃的方法來最大化網(wǎng)絡(luò)壽命； 文南犬''A theory formaximi-zin邑 the lifetime of sensor networks''基于中白蕾托最優(yōu)理 論，提出一種在不減少其他節(jié)點(diǎn)壽命的前提下最大化網(wǎng)絡(luò)壽命的方法；文獻(xiàn)"Energy-efficient schemes for wireless sensor networks with multiple mobile base stations"則將基站位置選擇問題模型化為線性規(guī)劃問題，通過適當(dāng)?shù)卣{(diào)整基站位置來減 少節(jié)點(diǎn)的能耗，W增加網(wǎng)絡(luò)壽命。然而上述文獻(xiàn)中網(wǎng)絡(luò)壽命的定義為網(wǎng)絡(luò)中第一個失效節(jié) 點(diǎn)的壽命。顯然，由于個別節(jié)點(diǎn)的失效而導(dǎo)致整個網(wǎng)絡(luò)信息的傳輸過程的終止是不能充分 利用節(jié)點(diǎn)的能量的，也就降低了網(wǎng)絡(luò)壽命和基站接收信息的數(shù)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明之目的在于提供一種極大化無線傳感器 網(wǎng)絡(luò)壽命的動態(tài)路由協(xié)議，其將傳感器網(wǎng)絡(luò)的壽命拓展為網(wǎng)絡(luò)中能夠向基站傳輸信息節(jié)點(diǎn) 的壽命，首先通過線性規(guī)劃確定節(jié)點(diǎn)的路由策略W最大最小節(jié)點(diǎn)壽命，當(dāng)場景中的傳感器 節(jié)點(diǎn)由于能量耗盡而無法繼續(xù)向基站發(fā)送信息時，基站將根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)更新節(jié)點(diǎn)的 路由策略，最后當(dāng)場景中不再有節(jié)點(diǎn)能夠向基站傳輸信息時網(wǎng)絡(luò)壽命終止，從而達(dá)到了根 據(jù)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)更新節(jié)點(diǎn)的路由策略W延長網(wǎng)絡(luò)壽命，增加基站接收信息的數(shù)量和提高 節(jié)點(diǎn)能量使用效率的目的。
[0006] 為達(dá)上述及其它目的，本發(fā)明提出一種極大化無線傳感器網(wǎng)絡(luò)壽命的動態(tài)路由協(xié) 議，其實(shí)現(xiàn)步驟如下：
[0007] 步驟一，通過線性規(guī)劃確定節(jié)點(diǎn)的路由策略W最大最小節(jié)點(diǎn)壽命，獲取節(jié)點(diǎn)的路 由f胃息；
[0008] 步驟二，當(dāng)場景中的傳感器節(jié)點(diǎn)由于能量耗盡而無法繼續(xù)向基站發(fā)送信息時，基 站根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)更新節(jié)點(diǎn)的路由策略；
[0009] 步驟=，當(dāng)場景中不再有節(jié)點(diǎn)能夠向基站傳輸信息時網(wǎng)絡(luò)壽命終止。
[0010] 進(jìn)一步地，于步驟一之前，還包括如下步驟：
[0011] 進(jìn)行初始化，獲取場景中的拓?fù)湫畔?，令k=1。
[0012] 進(jìn)一步地，于步驟二中，如果存在基站的一跳節(jié)點(diǎn)，則轉(zhuǎn)至步驟一，令k = k+l。
[0013] 進(jìn)一步地，于步驟一中，為保證基站接收信息的有效性，要求場景中的所有傳感器 節(jié)點(diǎn)將其采集的信息通過一定的路由發(fā)送給基站。
[0014] 進(jìn)一步地，于步驟一中，利用下式執(zhí)行線性規(guī)劃過程，獲取節(jié)點(diǎn)的路由信息：
[001 引 max/； = min t!， I ^N. y I己N, Xu么貧，
[0016] s.t. ^ (x,., - X ..) = R-, ￥i 巨-V, Vj 巨來 柳 1)占 < Ei，yi & N
[0017]其中，T擁應(yīng)k拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)時網(wǎng)絡(luò)的壽命，町與W為節(jié)點(diǎn)Vi向節(jié)點(diǎn)V潑送的信息數(shù)量 及節(jié)點(diǎn)V掏節(jié)點(diǎn)Vi發(fā)送的信息數(shù)量，R功路由第il?兆節(jié)點(diǎn)信息，N為傳感器節(jié)點(diǎn)。
[001引進(jìn)一步地，于步驟S中，當(dāng)= 1^7]時，網(wǎng)絡(luò)壽命終止。 友
[0019] 進(jìn)一步地，該動態(tài)路由協(xié)議適用于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)負(fù)載集中的無線網(wǎng)絡(luò)。
[0020] 進(jìn)一步地，N只傳感器被隨機(jī)均勻地拋灑到場景中，每周期采集Si信息W多跳的方 式發(fā)送給基站。
[0021] 進(jìn)一步地，基站作為網(wǎng)絡(luò)中唯一的信宿節(jié)點(diǎn)用0號節(jié)點(diǎn)標(biāo)識，基站能耗不予考慮。
[0022] 進(jìn)一步地，假設(shè)基站能夠通過GPS或者其他的定位算法獲得場景中傳感器節(jié)點(diǎn)的 位置信息，基站根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)計(jì)算節(jié)點(diǎn)的路由策略，然后，向場景中的節(jié)點(diǎn)廣播路由 f目息。
[0023] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明一種極大化無線傳感器網(wǎng)絡(luò)壽命的動態(tài)路由協(xié)議，其將 傳感器網(wǎng)絡(luò)的壽命拓展為網(wǎng)絡(luò)中能夠向基站傳輸信息節(jié)點(diǎn)的壽命，首先通過線性規(guī)劃確定 節(jié)點(diǎn)的路由策略W最大最小節(jié)點(diǎn)壽命，當(dāng)場景中的傳感器節(jié)點(diǎn)由于能量耗盡而無法繼續(xù)向 基站發(fā)送信息時，基站將根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)更新節(jié)點(diǎn)的路由策略，最后當(dāng)場景中不再有 節(jié)點(diǎn)能夠向基站傳輸信息時網(wǎng)絡(luò)壽命終止，從而達(dá)到了根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)更新節(jié)點(diǎn)的路 由策略W延長網(wǎng)絡(luò)壽命，增加基站接收信息的數(shù)量和提高節(jié)點(diǎn)能量使用效率的目的。
【附圖說明】
[0024] 圖1為本發(fā)明一種極大化無線傳感器網(wǎng)絡(luò)壽命的動態(tài)路由協(xié)議的實(shí)現(xiàn)流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025] W下通過特定的具體實(shí)例并結(jié)合【附圖說明】本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可 由本說明書所掲示的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明亦可通過其它不同 的具體實(shí)例加 W施行或應(yīng)用，本說明書中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)亦可基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在不背離 本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾與變更。
[0026] 在詳細(xì)說明本發(fā)明之前，先定義本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠Ｐ停?br>[0027] 給定一個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)G= (V，E)，其中，集合V是節(jié)點(diǎn)集對應(yīng)場景中靜止的節(jié) 點(diǎn)，集合E是邊集。對Vi ,VjEV, (Vi ,VjEE,當(dāng)且僅當(dāng)Vi, Vj位于相互的傳輸范圍之內(nèi)。Ni是Vi的 鄰居節(jié)點(diǎn)集合。N只傳感器被隨機(jī)均勻地拋灑到場景中，每周期采集Si信息W多跳的方式發(fā) 送給基站?；咀鳛榫W(wǎng)絡(luò)中唯一的信宿節(jié)點(diǎn)用0號節(jié)點(diǎn)標(biāo)識，基站能耗不予討論。