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一种基于传输方向的无线传感器网络路由方法及装置制造方法及图纸

技术编号:9697585 阅读:124 留言:0更新日期:2014-02-21 06:51
本发明专利技术公开了一种基于传输方向的无线传感器网络路由方法及装置,该方法包括的步骤有:确定转发候选集方向夹角,确定转发候选集、选择转发节点与信息转发以及带拐角的带状网络转发候选集的确定。本算法在选择转发候选集时考虑到了方向性问题,比起盲目的全方位广播的传统机会路由算法,很大程度上减少了接收能耗;该算法减少了传输延迟,实时性强,通信开销少,解决了传统地理位置路由在复杂区域下容易选错方向的问题和能量不均衡问题。

【技术实现步骤摘要】
ー种基于传输方向的无线传感器网络路由方法及装置
本专利技术涉及无线网络
,具体涉及ー种基于传输方向的无线传感器网络的路由方法,该方法适用于长城等大規模帯状区域监测的无线传感器网络。
技术介绍
数据收集是环境监测应用中的首要任务,感知节点需要将采集到的信息可靠地传输到目的节点,这对无线传感网的节点质量、网络生命周期、传输延迟、通信代价、传输成功率等方面提出要求。由于路由策略对这些性能有至关重要的影响,所以,有效的路由机制是一个关键性问题。经历了 2000多年历史的长城,正面临消失的境地。保护长城,刻不容缓。长城属于线性文化遗产,线性文化遗产是新兴的ー种全新的遗产保护理念,主要是指在拥有特殊文化资源集合的线形或帯状区域内的物质和非物质的文化遗产族群,运河、长城以及鉄路线等都是重要表现形式。将无线传感网用于长城健康监测的关键在于,如何在以长城为中心所形成的大規模带状无线传感网(如图3所示的网络结构)中,建立可靠的路由策略,以保障长城各项监测数据实时、可靠、高效的传回目的节点,从而为长城健康监测、生存模型建立提供有效的数据支持。现有技术中,为了保证路由机制的高效性以及可靠性,在无线传感器网络中已经有许多路由策略:第一类:机会路由;该方法的缺点是没有考虑节点的地理位置。特殊的帯状区域中,路由策略候选集的选择有区别于通常的区域。这是受帯状区域垂直方向和拐弯处的宽度限制的。因此,传统的全方位广播的路由策略在这种特殊网络环境下并不适用,传输方向在选择带状区域的转发候选集(即节点的合适的下一跳节点组)的时候就应该被考虑。第二类:基于地理位置的路由;这种路由方法存在的缺陷有:1)仅仅通过比较各个邻居节点与目的节点之间的欧氏距离来选择下一跳节点的策略,在一些较为复杂的区域中并不适用。例如在拐角较多的帯状区域内,如图4所示,由于盲目的选择了距离目的节点更近的节点,从而导致这种方法并不能有效的减少跳步数,反而容易造成传播方向选择的错误,最終导致丢包。2)每个节点只选择ー个最优的下ー跳节点,极容易导致丢包。降低了可靠性。3)节点在选择转发节点吋,需要其所有的邻居节点通过大量的数据包交換来协调选择出一个最优(即距离目的节点最近的)节点作为转发节点,増大了通信开销。第三类:基于地理位置的机会路由这种路由结合了机会路由“多个接收节点”的特点以及基于地理位置路由的“距离最优”特点,对普通的机会路由进行了改进。该方法与机会路由相同,选取其一跳范围内的所有邻居节点作为信息接收节点,同时,采取基于地理位置的路由策略,在所有成功接收信息的节点中,选取距离目的节点最近的节点作为下ー跳转发节点。由该节点继续信息的广播,如此重复直到目的节点。GeRaf路由算法是基于地理位置的机会路由的ー个典型算法。与传统机会路由与基于地理位置的路由算法相同,该方法存在的缺陷有:1)仅仅通过比较各个邻居节点与目的节点之间的欧氏距离来选择下一跳节点的策略,在一些较为复杂的区域中并不适用。例如在拐角较多的帯状区域内,如图3所示,由于盲目的选择了距离目的节点更近的节点,从而导致这种方法并不能有效的减少跳步数,反而容易造成传播方向选择的错误,最終导致丢包。2)节点在选择转发节点时,需要其所有的邻居节点通过大量的数据包交换来协调选择出一个最优(即距离目的节点最近的)节点作为转发节点,増大了通信开销。3)特殊的帯状区域中,路由策略候选集的选择有区别于通常的区域。这是受帯状区域垂直方向和拐弯处的宽度限制的。因此,传统的全方位广播的路由策略在这种特殊网络环境下并不适用,传输方向在选择带状区域的转发候选集(即节点的合适的下一跳节点组)的时候就应该被考虑。本专利技术提出了一种基于地理位置信息,同时考虑网络结构和方向性,并且由转发候选集来代替转发节点的机会路由策略。
技术实现思路
帯状网络结构的路由与通常的环境显著不同,针对现有的路由方法不能适用于带状网络结构路由的现状,本专利技术提出ー种带方向的可靠机会路由,使无线传感器网络在期望的网络负载平衡下总的通信代价最小,网络生命周期最大同时收敛速度高。为了实现上述任务,本专利技术采用的技术方案是:ー种基于传输方向的无线传感器网络路由方法,该方法通过不断调整路由节点的传输方向实现当前发送节点到目的节点信息的传输,包括以下步骤:步骤一,转发候选集方向夹角确定:步骤S10,以目的节点的坐标点为圆心,以R为半径确定ー个圆,所述的R为20m ;步骤S11,从当前发送节点向步骤SlO确定的圆做两条切线,两条切线之间的夹角记为a,步骤S12,记当前发送节点与目的节点之间的距离为山根据几何原理可得到:本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种基于传输方向的无线传感器网络路由方法,其特征在于,该方法通过不断调整无线传感器路由节点的传输方向实现当前发送节点到目的节点信息的传输,包括以下步骤:?步骤一,转发候选集方向夹角确定:?步骤S10,以目的节点的坐标点为圆心,以R为半径确定一个圆,所述的R为20m;?步骤S11,从当前发送节点向步骤S10确定的圆做两条切线,两条切线之间的夹角记为α,?步骤S12,记当前发送节点与目的节点之间的距离为d,根据几何原理可得到:?则步骤二,转发候选集确定:?步骤S20,计算当前发送节点的所有一跳范围内的邻居节点是否在两条切线的夹角内,计算方法如下:?每一个邻居节点按照下面的公式1计算与当前发送节点之间的连线、当前发送节点与目的节点之间的连线组成的夹角β:?(公式1)?其中,dsc是邻居节点和当前发送节点之间的距离,d是当前发送节点和目的节点的距离,dcsink是邻居节点和目的节点的距离;若则将该邻居节点加入转发候选集中作为候选节点;若候选节点的个数不为零,则执行步骤三,否则执行步骤四;?步骤三,选择转发节点与信息转发:?步骤S30,当前发送节点从转发候选集中随机选择一个候选节点作为转发节点,当前发送节点将数据包发送给转发节点,然后将转发节点作为当前发送节点,计算该节点与目的节点之间的距离,如果该距离小于当前发送节点一跳的距离,则将数据包转发至目的节点,算法结束;否则返回步骤一重复执行步骤,直至数据包转发至目的节点;?步骤四,带拐角的带状网络转发候选集确定;?步骤S40,若候选节点的个数为零,则当前发送节点与目的节点之间存在拐角,记拐角的角度为θ;在当前发送节点和目的节点的连线靠近拐角外侧的一侧取一条参考直线,使该参考直线与目的节点所在的带状区域边线的角度η满足以下公式2:?(公式2)?并且使当前发送节点距离该直线的距离l满足公式4:?0<l<r(公式4)?式中,r为当前发送节点一跳的距离;将该参考直线沿垂直于传感器节点所在的路面的方向延伸形成参考面;?步骤S41,从目的节点向参考面做垂线并延伸至参考面的另一侧,在参考面另一侧的垂线上取一参考点,使该参考点距离参考面的距离与目的节点距离参考面的距离相同;?步骤S42,以参考点的坐标点为圆心,以R为半径做一个圆,R取20m;从当前发送节点向该圆引两条切线,两条切线之间的夹角为α1,记当前发送节点与参考点之间的距离为d1,根据几何原理可得:则步骤S43,在参考面的另一侧取当前发送节点所有一跳范围内的邻居节点的虚拟节点,使当前发送节点一跳范围内的邻居节点与其对应的虚拟节点到参考面的距离相等;?步骤S44,计算当前发送节点的所有一跳范围内的邻居节点和与邻居节点对应的虚拟节点是否在两条切线的夹角内,计算方法如下:?每一个邻居节点按照公式5计算该邻居节点与当前发送节点之间的连线、当前发送节点与参考点之间的连线组成的夹角β1:?每一个邻居节点对应的虚拟节点按照公式6计算该虚拟节点与当前发送节点之间的连线、当前发送节点与参考点之间的连线组成的夹角β2:?(公式5)?(公式6)?在公式5和公式6中,dsc1为邻居节点和当前发送节点间的距离,dsc2为虚拟节点和当前发送节点间的距离,d1为当前发送节点和参考点间的距离,dcsink1为邻居节点和参考点之间的距离,dcsink2为虚拟节点和当前发送节点间的距离;?步骤S45,判断当前发送节点的一跳范围内的每一个邻居节点和该邻居节点对应的虚拟节点是否满足和两个条件,如果至少满足两个条件中的一个,则将该邻居节点加入当前发送节点的转发候选集中,然后转到步骤三继续执行。?dest_path_FDA0000428940910000011.jpg,dest_path_FDA0000428940910000012.jpg,dest_path_FDA0000428940910000013.jpg,dest_path_FDA0000428940910000014.jpg,dest_path_FDA0000428940910000021.jpg,dest_path_FDA0000428940910000022.jpg,dest_path_FDA0000428940910000023.jpg,dest_path_FDA0000428940910000024.jpg,dest_path_FDA0000428940910000025.jpg,dest_path_FDA0000428940910000031.jpg,dest_path_FDA0000428940910000032.jpg...

【技术特征摘要】
1.ー种基于传输方向的无线传感器网络路由方法,其特征在于,该方法通过不断调整无线传感器路由节点的传输方向实现当前发送节点到目的节点信息的传输,包括以下步骤: 步骤一,转发候选集方向夹角确定: 步骤S10,以目的节点的坐标点为圆心,以R为半径确定ー个圆,所述的R为20m ; 步骤S11,从当前发送节点向步骤SlO确定的圆做两条切线,两条切线之间的夹角记为 步骤S12,记当前发送节点与目的节点之间的距离为d,根据几何原理可得到: 2.如权利要求1所述的基于传输方向的无线传感器网络路由方法,其特征在于,所述的无线传感器网络中,无线网络传感器节点密度大于0.222个/m2。3.一种用于实现权利要求1所述的基于传输方向的无线传感器网络路由方法的装置,其特征在于,该装置包括转发候选集方向夹角确定模块、转发候选集确定模块、选择转发节点与信息转发模块和带拐角的带状网络转发候选集确定模块,其中,转发候选集方向夹角确定模块、转发候选集确定模块和选择转发节点与信息转发模块依次连接,带拐角的帯状网络转发候选集确定模块与选择转发节点与信息转发模块连接。4.如权利要求3所述的装置,其特征在于,所述的转发候选集方向夹角确定模块按下述步骤实现其功能: 步骤S10,以目的节点的坐标点为圆心,以R为半径确定ー个圆,所述的R为20m ; 步骤S11,从当前发送节点向步骤SlO确定的圆做两条切线,两条切线之间的夹角记为a , 步骤S...

【专利技术属性】
技术研发人员:刘晨陈晓江金梦黄骏杰尹小燕房鼎益赵晖屈超聂卫科邢天璋陈峰段任
申请(专利权)人:西北大学
类型:发明
国别省市:

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