无线体域网下基于D算法的动态路由建立方法技术

无线体域网下基于D算法的动态路由建立方法，涉及一种动态路由方法。是为了平衡了网络中的能量消耗，延长整个网络的生存周期。其方法：中心节点使用洪泛的方法获得网络的初始拓扑结构、与各节点间的距离和能量信息；然后得出网络的距离坐标矩阵；并转化为传输能耗矩阵，并进行加权处理，获得加权传输能耗矩阵；将加权传输能耗矩阵Ew，通过D算法生成权值矩阵，完成后，每个节点都能够找到到达中心节点的最低能耗路由；各节点根据已选出最低能耗路由进行数据传输。本发明专利技术适用于无线体域网下的信号传输。

【技术实现步骤摘要】
无线体域网下基于D算法的动态路由建立方法
本专利技术涉及一种动态路由方法。
技术介绍
无线体域网本质上是一种无线传感器网络，其观测的对象是人体本身，可以判断人体的动作变化和健康状况，对于医疗、娱乐、安全等方面有着十分广阔的应用前景。其网络的组成通常包含中心节点和普通节点；其中，普通节点完成对特定数据的采集和发射，通常还需要对其他节点的数据进行转发；中心节点是网络的中心，它接收各节点发送的数据并可以进行基本的处理，通常中心节点还有这网关的功能，使得体域网接入移动网络或WLAN，使用户和专业人员可以随时查看。无线体域网需要具有自组网功能，数据往往经过多跳传输来实现，因此处在网络中间的普通节点需要承担距离中心节点较远节点的转发任务。无线体域网各个节点一般由微型电池供电，所以各个节点所携带的能量十分有限，此外，通信链路为无线信道，加之人体周围环境变化对信道影响的不可预测性以及各个节点所测量数据类型的不同，因此要根据无线体域网自身的特点，设计一种能够高效利用节点能量、并且能够合理分配网络整体资源的路由算法是无线体域网所面临的问题中最为重要的。目前，传统的网络路由算法往往选择汇聚节点到源节点之间跳数最少的路径传输数据，但是对于无线传感器网络而言，由于各个节点的能量十分有限，多次重复使用同一路径传输数据信息，会造成这条路径上的节点消耗能量过快，因而过早死亡失效。由于节点的相继过早退出，原本一个整体的网络变得四分五裂，相互独立，缩短了整个网络的生存周期。针对上述问题，基于多路径机制的动态路由算法可以有效的解决上述问题。该算法通过在汇聚节点和源节点之间建立多条路径，再根据路径上节点间的剩余能量情况，选择一条节点最小剩余能量最大的路径来进行数据传输。与选择单路径传输的算法比较，多路径算法能够显著提高整个网络的生存周期。在实际无线传感器网络的应用中，各个节点需要靠电池供电，大部分节点都是相对静止的。因此，基于多路径机制的无线传感器网络动态路由算法提出以下假设：(1)每个节点是相对静止的，汇聚节点接收其它各个节点传输来的数据信息；(2)在传感器网络中，汇聚节点的能量为无限大，其它各个节点的初始能量是相同的；(3)每一轮通信结束后，各个节点计算当前的剩余能量值；(4)所有节点地位平等，具有相同的计算能力来支持计算路由和信号处理。Dijikstra算法(以下简称D算法)是由荷兰计算机科学家迪克斯特拉与1959年提出的，是从一个顶点到其余各顶点的最短路径算法，解决的是有向图中最短路径问题。迪杰斯特拉算法主要特点是以起始点为中心向外层层扩展，直到扩展到终点为止。D算法的具体步骤如下：已知图G＝(V,E)，将其节点集分为两组：置定节点集Gp和未置定节点集G-Gp。其中Gp内的所有置定节点，是指定点vs到这些节点的路径为最短(即已完成最短路径的计算)的节点。而G-Gp内的节点是未置定节点，即vs到未置定节点距离是暂时的，随着算法的下一步将进行不断调整，使其成为最短径。在调整各未置定节点的最短径时，是将Gp中的节点作为转接点。具体地说，就是将Gp中的节点作为转接点，计算(vs,vj)的径长(vj∈G-Gp)，若该次计算的径长小于上次的值，则更新径长，否则，径长不变。计算后取其中径长最短者，之后将vj划归到Gp中。当(G-Gp)最终成为空集，同时Gp＝G，即求得vs到所有其他节点的最短路径。
技术实现思路
本专利技术是为了平衡了网络中的能量消耗，延长整个网络的生存周期，从而提供一种无线体域网下基于D算法的动态路由建立方法。无线体域网下基于D算法的动态路由建立方法，在无线体域网中，它由以下步骤实现：步骤一、中心节点使用洪泛的方法获得网络的初始拓扑结构、与各节点间的距离和能量信息，初始化结束之后，中心节点获得如下信息：网络中各节点的初始拓扑结构、各节点的剩余能量和各节点的初始能量水平；步骤二、根据步骤一所获得的拓扑信息，得出网络的距离坐标矩阵DD＝{dij}，dij为节点i与节点j之间距离；采用体表的电磁波传播模型，将网络的距离坐标矩阵DD转化为传输能耗矩阵Etran＝{eij}，其中，eij表示的是节点i向节点j发送数据所需消耗的最低能量值；步骤三、对步骤二得到的传输能耗矩阵Etran进行加权处理，获得加权传输能耗矩阵Ew＝WTEW，W为根据节点剩余能量所得到的权值矩阵，权值矩阵W的计算公式为：其中：设节点1为网络中的中心节点，其权值始终为1，ei表示节点i的剩余能量，α为常数系数；ek表示节点k的剩余能量；步骤四、根据所获得加权传输能耗矩阵Ew，通过D算法生成权值矩阵，具体方法为：将已知图G＝(V,E)中的节点集分为两组：置定节点集Gp＝{vs}和未置定节点集G-Gp，未置定节点标值：在未置定节点集G-Gp中找到节点vi，使节点vs到节点vi的距离最小，并将节点vi划归置定节点集Gp，并赋予一个距离权值di＝Wi；以新置定节点集Gp中的节点作为转接点，计算并修改未置定节点集G-Gp中的未置定节点标值Wj；重复在未置定节点集G-Gp中找到其标值最小的节点并将其加入置定节点Gp中，每完成一个周期都要更新未置定节点标值Wj以便进行下一周期添加，直至所有Gp＝G时，所有的节点都被置定；其中：置定节点集Gp内的所有置定节点：是指定节点vs到这些节点的路径为最短的节点，即：已完成最短路径的计算的节点；未置定节点集G-Gp内的节点是未置定节点，即：指定节点vs到未置定节点距离是暂时的，最终调整成为最短径；在调整各未置定节点的最短径时，是将Gp中的节点作为转接点；步骤四完成后，每个节点都能够找到到达中心节点的最低能耗路由；步骤五、完成路由建立，各节点根据已选出最低能耗路由进行数据传输。步骤五中，各节点根据已选出最低能耗路由进行数据传输的过程中，每完成一个时间T，则对权值矩阵W进行一次更新；在权值矩阵W进行更新的同时，检验每个节点的剩余能量；并逐一判断每个节点的剩余能量低于预设的保护门限值Epro，如果判断结果为是，则执行步骤五一；如果判断结果为否，则执行步骤五二；步骤五一、节点进入保护模式，由于能量过低，停止转发其它节点的数据，进入保护模式的节点将其对应的能耗矩阵E中的值全部置为最大值，其他任何节点都不能再通过其向中心节点转发数据；步骤五二、节点依然处于转发状态，并按照步骤三中的权值公式，更新权值矩阵W中该节点所对应的值。在每个周期下，检验网络中每个节点的剩余能量是否高于死亡门限值Edead，如果判断结果为是，则执行步骤六一；如果判断结果为否，则执行步骤六二；步骤六一、则该节点死亡，将该节点的信息删除，剩余节点返回步骤二，组成新的拓扑结构重新计算路由；步骤六二、则无节点死亡，采用更新过的权值矩阵，返回执行步骤四中的过程。本专利技术是一种用于无线体域网的动态多路径路由建立方法，是基于D算法实现的，本专利技术通过赋予加权因数，有效地均衡了各节点的功耗、提高了无线传感器网络的整体能量利用率，延长了整个网络的生存周期。附图说明图1是本专利技术的方法流程示意图。图2是本专利技术中所用到改进的D算法流程图。图3是本专利技术的加权动态多路径路由方法流程图。图4是本专利技术的无线体域网网络结构示意图。具体实施方式具体实施方式一、结合图1说明本具体实施方式，无线体域网下基于D算法的动态路由建立方本文档来自技高网...

【技术保护点】
无线体域网下基于D算法的动态路由建立方法，其特征是：在无线体域网中，它由以下步骤实现：步骤一、中心节点使用洪泛的方法获得网络的初始拓扑结构、与各节点间的距离和能量信息，初始化结束之后，中心节点获得如下信息：网络中各节点的初始拓扑结构、各节点的剩余能量和各节点的初始能量水平；步骤二、根据步骤一所获得的拓扑信息，得出网络的距离坐标矩阵DD＝{dij}，dij为节点i与节点j之间距离；采用体表的电磁波传播模型，将网络的距离坐标矩阵DD转化为传输能耗矩阵Etran＝{eij}，其中，eij表示的是节点i向节点j发送数据所需消耗的最低能量值；步骤三、对步骤二得到的传输能耗矩阵Etran进行加权处理，获得加权传输能耗矩阵Ew＝WTEW，W为根据节点剩余能量所得到的权值矩阵，权值矩阵W的计算公式为：wij=0,i≠j1,i=j=1(Σk≠1ekei)1αi=j≠1]]>其中：设节点1为网络中的中心节点，其权值始终为1，ei表示节点i的剩余能量，α为常数系数；ek表示节点k的剩余能量；步骤四、根据所获得加权传输能耗矩阵Ew，通过D算法生成权值矩阵，具体方法为：将已知图G＝(V,E)中的节点集分为两组：置定节点集Gp＝{vs}和未置定节点集G‑Gp，未置定节点标值：在未置定节点集G‑Gp中找到节点vi，使节点vs到节点vi的距离最小，并将节点vi划归置定节点集Gp，并赋予一个距离权值di＝Wi；以新置定节点集Gp中的节点作为转接点，计算并修改未置定节点集G‑Gp中的未置定节点标值Wj；重复在未置定节点集G‑Gp中找到其标值最小的节点并将其加入置定节点Gp中，每完成一个周期都要更新未置定节点标值Wj以便进行下一周期添加，直至所有Gp＝G时，所有的节点都被置定；其中：置定节点集Gp内的所有置定节点：是指定节点vs到这些节点的路径为最短的节点，即：已完成最短路径的计算的节点；未置定节点集G‑Gp内的节点是未置定节点，即：指定节点vs到未置定节点距离是暂时的，最终调整成为最短径；在调整各未置定节点的最短径时，是将Gp中的节点作为转接点；步骤四完成后，每个节点都能够找到到达中心节点的最低能耗路由；步骤五、完成路由建立，各节点根据已选出最低能耗路由进行数据传输。...

【技术特征摘要】
1.无线体域网下基于D算法的动态路由建立方法，其特征是：在无线体域网中，它由以下步骤实现：步骤一、中心节点使用洪泛的方法获得网络的初始拓扑结构、与各节点间的距离和能量信息，初始化结束之后，中心节点获得如下信息：网络中各节点的初始拓扑结构、各节点的剩余能量和各节点的初始能量水平；步骤二、根据步骤一所获得的拓扑信息，得出网络的距离坐标矩阵DD＝{dij}，dij为节点i与节点j之间距离；采用体表的电磁波传播模型，将网络的距离坐标矩阵DD转化为传输能耗矩阵Etran＝{eij}，其中，eij表示的是节点i向节点j发送数据所需消耗的最低能量值；步骤三、对步骤二得到的传输能耗矩阵Etran进行加权处理，获得加权传输能耗矩阵Ew＝WTEtranW，W为根据节点剩余能量所得到的权值矩阵，权值矩阵W的计算公式为：其中：设节点1为网络中的中心节点，其权值始终为1，α为常数系数；ek表示节点k的剩余能量；步骤四、根据所获得加权传输能耗矩阵Ew，通过D算法计算两节点间的最短传输路径，具体方法为：将已知图G＝(V,E)中的节点集分为两组：置定节点集Gp＝{vs}和未置定节点集G-Gp，未置定节点标值：ewsj表示分组后节点s向节点j发送数据所需消耗的最低能量值；在未置定节点集G-Gp中找到节点vi，使节点vs到节点vi的距离最小，并将节点vi划归置定节点集Gp，并赋予一个距离权值di＝Wi；以新置定节点集Gp中的节点作为转接点，计算并修改未置定节点集G-Gp中的未置定节点标值Wj；重复在未置定节点集G-Gp中找到其标值最小的节点...

【专利技术属性】
技术研发人员：李卓明，毛圣歌，董旭洋，沙学军，叶亮，白旭，佟兴，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23