无线传感器网络中节点度受限的多对一数据路由方法技术

本发明专利技术涉及一种无线传感器网络中节点度受限时多个传感器节点对汇点的数据路由方法。该数据路由方法包括：将无线传感器网络中的每个无线传感器节点转化为对应的超级虚拟节点；将无线传感器网络无向图中的每条无向链路赋予权重；将每条无向链路转化为两条方向相反的有向链路；计算各个无线传感器节点对应的虚拟节点到达汇聚传感器节点对应的虚拟节点的链路的权重；合并同一无线传感器节点对应的虚拟节点，选择各个无线传感器节点在度数受限情况下的最优数据路由通路。通过本发明专利技术提供的数据路由方法可以得到针对无线传感器网络中节点度受限，特别是无线传感器节点做多可以选择一条潜在链路的情况下的最优化数据路由路径。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无线传感器网络
，尤其涉及一种无线传感器网络中当节点度受限时的多个传感器节点对汇聚传感器节点(汇点)的数据路由方法。
技术介绍
目前，数据路由问题是无线传感器网络中研究最为广泛的问题之一。一般来说，一个部署好的无线传感器网络是由一组无线传感器节点组成，每一个无线传感器节点都装配了一些不同种类型的传感器(例如温度传感器、湿度传感器等)和传输模块。当两个处在有效通信距离之内的无线传感器节点的传输模块处于相同的通信频段并使用相同的传输协议时，两个互为邻居的无线传感器节点可以建立起无线链路(实际链路)，进而完成有效的数据传输。一个部署好的无线传感器节点有固定的位置并对周边环境进行取样，进而发送数据包通过一跳或者多跳转发的形式到达预先定义的汇点。然而，在很多情况下，由于无线传感器节点的硬件配置不同，例如落在彼此传输范围内两个相邻的无线传感器节点同时额外配备了可以在其他频段上通信的通信模块，使得两个无线传感器节点除了原有的通信链路(实际链路)之外，又同时拥有另外一条可用于传输数据的数据链路(潜在链路)。而且两个无线传感器节点之间的实际链路与潜在链路可以同时存在，并且互不干扰。在一个实际链路与潜在链路共同存在的无线传感器网络中，首要的问题就是如何规划数据路由，即如何让每一个传感器节点都充分利用可以使用的实际链路和潜在链路，找到一条到达汇点最优化的路径。最优化的路径并不是可以直接通过最短路径(或最优路径)相关
算法直接找到的，因为一个节点无线传输模块的数目直接限定了其与邻居节点之间的实际链路和潜在链路的数目，即每个节点在最终选定的数据路由链路中它的度都是受限的，也就是我们所说的节点度受限的无线传感器网络路由问题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种无线传感器网络中，无线传感器节点最多可以选择一条潜在链路时所有节点对汇点的最有数据路由方法。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了无线传感器网络中多对一数据路由方法，所述数据路由方法包括以下步骤：S1：将无线传感器网络中的每个无线传感器节点转化为对应的超级虚拟节点；其中，所述超级虚拟节点包括：四个虚拟节点和三条有向实际链路；S2：将所述无线传感器网络无向图中的每条无向链路赋予权重；S3：将所述每条无向链路转化为两条方向相反的有向链路，并且所述有向链路的权重与对应的所述无向链路的权重相同；S4：计算各个所述无线传感器节点对应的所述虚拟节点到达汇聚传感器节点对应的虚拟节点的链路的权重；S5：合并同一所述无线传感器节点对应的所述虚拟节点，选择各个所述无线传感器节点在度数受限情况下的最优数据路由通路。优选地，四个所述虚拟节点分别为第一接收虚拟节点、第二接收虚拟节点、第一发送虚拟节点以及第二发送虚拟节点，所述第一接收虚拟节点和第二接收虚拟节点均用于接收其他超级节点的信息，所述第一发送虚拟节点和第二发送虚拟节点均用于向其他超级节点发送信息；三条所述有向实际链路分别为：第一接收虚拟节点指向所述第一发送虚拟节点的链路、第一接收虚拟节点指向所述第二发送虚拟节点
的链路、第二接收虚拟节点指向第一发送虚拟节点的链路；所述超级虚拟节点不包括从第二接收虚拟节点指向第二发送虚拟节点的链路。优选地，所述步骤S3中，将所述每条无向链路转化为两条方向相反的有向链路具体为：若所述无向链路为实际链接，并且其对应第一无线传感器节点和第二无线传感器节点，则两条方向相反的所述有向链路分别为所述第一无线传感器节点对应的第一发送虚拟节点指向所述第二无线传感器节点对应的第一接收虚拟节点、所述第二无线传感器节点对应的第一发送虚拟节点指向所述第一无线传感器节点对应的第一接收虚拟节点；若所述无向链路为实际链接，并且其对应所述第一无线传感器节点和第二无线传感器节点，则两条方向相反的所述有向链路分别为所述第一无线传感器节点对应的第二发送虚拟节点指向所述第二无线传感器节点对应的第二接收虚拟节点、所述第二无线传感器节点对应的第二发送虚拟节点指向所述第一无线传感器节点对应的第二接收虚拟节点。优选地，每一所述无线传感器节点对应的四个虚拟节点之间的边的权重均为0。优选地，所述步骤S4具体包括：S41：将所述每个无线传感器节点对应的所述虚拟节点的权重设置为无穷大；S42：将所述汇聚传感器节点对应的所述虚拟节点的权重设置为0；S43：计算并存储所述每个无线传感器节点对应的所述虚拟节点到达汇聚传感器节点对应的虚拟节点的链路的权重。优选地，所述步骤S43中，采用单源最短路径算法计算每个所述无线传感器节点对应的所述虚拟节点到达汇聚传感器节点对应的虚拟节点的链路的权重。优选地，所述步骤S2中所述每条无向链路的权重为其欧式距离，则所述步骤S5中选择合并后的权重最小值对应的通路为最优数据路由通路。优选地，所述步骤S2中所述每条无向链路的权重为数据传输成功率，则所述步骤S5中选择合并后的权重最大值对应的通路为最优数据路由通路。本专利技术的上述技术方案具有如下优点：本专利技术提供的数据路由方法针对无线传感器网络中节点度受限，特别是无线传感器节点最多可以选择一条潜在链路的情况下。能够有效的将原始的网络无向图转化成有向图，并为每个无线传感器节点创建超级虚拟节点，进行有效替换之后计算每个虚拟节点的权重，进而采用最短权重算法计算所有虚拟节点到汇点的权重即得到所有节点在节点度受限情况下的最优化数据路由路径。附图说明图1是本专利技术实施例提供的数据路由方法的步骤流程图；图2是本专利技术实施例提供的超级虚拟节点示意图；图3是本专利技术实施例提供的原始的网络无向图G示意图；图4是本专利技术实施例提供的转化后的网络有向图G’示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。假设有三个节点a、b、c，它们之间的位置关系是一个等边三角形的顶点，等边三角形的边长小于它们之间最远的通信距离。如果它们都有额外的同一频段的通信模块，则存在三条潜在链路ab、bc、ca。任意一个节点的无线通信模块在一个时刻只能与最多一个相邻的节点进行通信，因此ab、bc、ca三条潜在链路其实只能有一条被使用，即ab被使用的时候bc和ac都是不存在的，即当一个潜在链路被真正使
用的时候，这条潜在链路变成了一条实际链路。因此，a、b、c三个无线网络传感器节点的基于潜在链路的度是不能超过1的，潜在链路的度如果超过1说明有两条潜在链路被同时使用是不可能的。本专利技术实施例中所有无线传感器节点的度不超过标准D的前提下，为每一个无线传感器节点找到到达汇点最优化的数据路由通路，其中，D为大于1的自然数。最优化的目标可以理解为为每一条实际链路和潜在链路定义一个权重，这个权重可以是链路的欧式距离(本实施例中的权重为链路的欧式距离)、或者数据传输成功率等，最优化路由通路选择权重最小值还是最大值根据实际情况选择不同的权重指标而不同。其中，如果权重为链路的欧式距离，权重越小越好，则最终优化数据路由通路取权重最小的通路；如果权重为链路的数据传输成功率，权重越大越好，则最终优化数据路由通路取权重最大的通路。无线传感器网络中的实际链路都是可以作为备选的数据路由链路，因此一个有效的优化的数据路由通路的关键在于是否可以选择潜在本文档来自技高网...

【技术保护点】
无线传感器网络中多对一数据路由方法，其特征在于，所述数据路由方法包括以下步骤：S1：将无线传感器网络中的每个无线传感器节点转化为对应的超级虚拟节点；其中，所述超级虚拟节点包括：四个虚拟节点和三条有向实际链路；S2：将所述无线传感器网络无向图中的每条无向链路赋予权重；S3：将所述每条无向链路转化为两条方向相反的有向链路，并且所述有向链路的权重与对应的所述无向链路的权重相同；S4：计算各个所述无线传感器节点对应的所述虚拟节点到达汇聚传感器节点对应的虚拟节点的链路的权重；S5：合并同一所述无线传感器节点对应的所述虚拟节点，选择各个所述无线传感器节点的最优数据路由通路。

【技术特征摘要】
1.无线传感器网络中多对一数据路由方法，其特征在于，所述数据路由方法包括以下步骤：S1：将无线传感器网络中的每个无线传感器节点转化为对应的超级虚拟节点；其中，所述超级虚拟节点包括：四个虚拟节点和三条有向实际链路；S2：将所述无线传感器网络无向图中的每条无向链路赋予权重；S3：将所述每条无向链路转化为两条方向相反的有向链路，并且所述有向链路的权重与对应的所述无向链路的权重相同；S4：计算各个所述无线传感器节点对应的所述虚拟节点到达汇聚传感器节点对应的虚拟节点的链路的权重；S5：合并同一所述无线传感器节点对应的所述虚拟节点，选择各个所述无线传感器节点的最优数据路由通路。2.根据权利要求1所述的数据路由方法，其特征在于，四个所述虚拟节点分别为第一接收虚拟节点、第二接收虚拟节点、第一发送虚拟节点以及第二发送虚拟节点，所述第一接收虚拟节点和第二接收虚拟节点均用于接收其他超级节点的信息，所述第一发送虚拟节点和第二发送虚拟节点均用于向其他超级节点发送信息；三条所述有向实际链路分别为：第一接收虚拟节点指向所述第一发送虚拟节点的链路、第一接收虚拟节点指向所述第二发送虚拟节点的链路、第二接收虚拟节点指向第一发送虚拟节点的链路；所述超级虚拟节点不包括从第二接收虚拟节点指向第二发送虚拟节点的链路。3.根据权利要求2所述的数据路由方法，其特征在于，所述步骤S3中，将所述每条无向链路转化为两条方向相反的有向链路具体为：若所述无向链路为实际链接，并且其对应第一无线传感器节点和第二无线传感器节点，则两条方向相反的所述有向链路分别为所述第
\t一无线传感器节点对应的第一发送虚拟节点指向...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛续飞，朱彤，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11