一种能量均衡的无线传感网络节点代码分发方法技术

本发明专利技术提供的方法实现了在源节点和目的节点之间，依据节点计算出的备选权重值，随机选取下一跳节点，建立方向导向的传输路径。这样建立的模糊路径可以使得更多的节点承担代码分发的消息量，从而解决以往协议建立的固定传输路径所存在的使得路径中的节点的能量被过度消耗的技术缺陷，该方法相对于MDeluge协议，大幅度减轻节点承担的平均消息量，优化网络的整体性能均衡，延长网络寿命。

An energy balanced node code distribution method for Wireless Sensor Networks

The method provided by the invention realizes the random selection of the next hop node and establishes the direction oriented transmission path between the source node and the destination node according to the optional weight values calculated by the nodes. This fuzzy path can make more nodes assume the code distribution amount of messages, so as to solve the existing fixed transfer agreement based on the previous path nodes in the path of energy is the excessive consumption of technical defects, the method is compared with the MDeluge protocol, greatly reduce the average message node bear capacity, optimize the overall performance of the network balance and prolong the network lifetime.

【技术实现步骤摘要】
一种能量均衡的无线传感网络节点代码分发方法
本专利技术涉及无线传感器网络
，更具体地，涉及一种能量均衡的无线传感网络节点代码分发方法。
技术介绍
通常无线网络非常适合部署在环境恶劣、人工难以到达的场合，一旦网络在指定区域部署成功，将会在漫长的无人看管的环境之中执行任务。在最初部署网络时，节点所运行的软件代码镜像通常只是根据当时的需要所设计。然而随着时间的慢慢推移，用户会适时地提出新的网络功能需求或者需要对正在运行的软件代码进行故障修缮，此时就必须对网络中节点所运行的应用程序进行调整，即对节点进行代码镜像更新。传统的做法是，人工回收传感器节点后，利用串行或者并行数据线将PC与节点相连接，通过有线下载烧录的方式对节点执行镜像更新操作。但是当节点处于较为恶劣的环境中、节点分布较为分散、网络规模较大时，采用人工有线方式进行更新就会变得麻烦和不切实际。以无线信道为媒介，通过单跳以及多跳的方式对代码镜像进行分发和升级，进而完成镜像更新是有效途径。目前国内外的经典的代码分发协议有Deluge、Sprinkler、MNP等，它们主要是对无线传感网络中的全部节点进行镜像更新。然而使用经典代码分发的方式对网络中的特定节点进行更新时将会引起全网中的大量能量消耗。因此，针对特定节点更新的代码协议出现了，尤其以MDeluge为经典。MDeluge协议是针对网络中特定节点进行镜像更新的一套方法。MDeluge协议在传输镜像时采用树结构，这个树结构在目的节点向源节点发送REQ消息时生成，源节点作为树的根节点，目的节点作为叶子节点。树结构的构建参考了AODV路由协议，可以在源节点与目的节点之间创建一条双向路径。正向路径是以源节点为起点、以目的节点为终点，用于传输镜像数据。反向路径则是以目的节点为起点、以源节点为终点，用于传送镜像页请求消息。从源节点开始，镜像数据被依次转发给树的下一层，直到目的节点成功接收镜像。MDeluge协议将请求消息和镜像数据在树结构中进行内网聚合，这有利于减少消息量的传输。然而，固定的路径会给路径上的节点造成大的能量消耗，导致节点能量耗损的不一致，缩短了有限的网络寿命。目前大部分特定节点更新协议虽然提出了各种各样的路径建立策略，但是无论使用何种策略，一旦路径建立好之后就会一直使用此路径传输镜像数据，除非路径出现断裂才会重建新路径传输。这种固定路径传输策略在传输较小的镜像文件时不会出现问题，但若是传输ZigBee大镜像文件时就会很容易过度消耗此条固定路径上的节点能量。当这些节点出现能量枯竭时会因为电量不足而掉网，网络就会被割裂开，网络寿命被缩短。
技术实现思路
本专利技术为解决现有技术使用固定路径传输代码镜像文件所导致的固定路径上的节点的能力被过度消耗的技术缺陷，提供了一种能量均衡的无线传感网络节点代码分发方法。为实现以上专利技术目的，采用的技术方案是：一种能量均衡的无线传感网络节点代码分发方法，包括以下步骤：S1.源节点响应目的节点的更新请求，向全网络广播LOC消息；S2.网络中的接收节点接收到LOC消息时，将向其发送LOC消息的邻居节点的ID加入本地邻居集合，然后计算该邻居节点的备选权重，邻居节点的备选权重由接收节点指向邻居节点的向量和邻居节点指向源节点的向量的乘积决定；在计算邻居节点的备选权重时，若计算出的备选权重值为正值，则将邻居节点ID号和权重值添加到正权值邻居表中，若计算出的备选权重值为负值则直接丢弃LOC消息；S3.目的节点接收到LOC消息后，广播DREQ消息向源节点建立传输路径：此时接收到DREQ消息的接收节点会从其正权值邻居表中随机选取一个节点作为反向路径的下一跳节点，然后将DREQ消息转发至下一跳节点；重复上述传送过程直至DREQ消息被转发至源节点；S4.源节点在收到DREQ消息后，将代码镜像的镜像页沿着建立的传输路径传输至目的节点；S5.目的节点在接收到镜像页后，广播DREQ消息随机建立新的传输路径，并利用新的传输路径传输镜像页；S6.重复执行步骤S5直至目的节点接收完所有的镜像页。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术提供的方法实现了在源节点和目的节点之间，依据节点计算出的备选权重值，随机选取下一跳节点，建立方向导向的传输路径。这样建立的模糊路径可以使得更多的节点承担代码分发的消息量，从而解决以往协议建立的固定传输路径所存在的使得路径中的节点的能量被过度消耗的技术缺陷，该方法相对于MDeluge协议，大幅度减轻节点承担的平均消息量，优化网络的整体性能均衡，延长网络寿命。附图说明图1为消息交互过程图。图2为路径建立阶段计算备选权重值的说明图。图3为传输失败重传时的消息交互图。图4是正常消息交互状态时的方向导向路径图。图5是传输失败重传状态时的方向导向路径图。具体实施方式附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；以下结合附图和实施例对本专利技术做进一步的阐述。实施例1图1为消息交互过程图，最终是目的节点接收完所有的镜像页。图1中所示，源节点为了响应目的节点的代码镜像更新请求，向全网络广播LOC消息。开始转发LOC消息时，源节点的邻居节点在收到LOC消息时，会将发送LOC消息的邻居节点的ID加入本地邻居集合，同时计算该邻居节点的备选权重。之后，全网中的其他节点的邻居节点在收到LOC消息后也执行同样的动作。LOC消息包含源节点的ID号、当前节点的ID号、源节点的坐标信息和当前节点的坐标信息，当一个节点收到LOC消息后会存下源节点的坐标信息，并根据该节点坐标、源节点坐标、发送该消息的邻居节点坐标来计算此邻居节点的备选权重。同时LOC消息中还包括目的节点的ID号、镜像文件总页数，用于在网络中寻找目的节点并通知其镜像文件总页数。收到发送的LOC消息的节点，会根据自身之前是否已经转发过同一邻居节点的LOC消息，作出慢转发或快转发的决策。慢转发是指开启一个较长的随机定时器，快转发是指开启一个较短的随机定时器。该随机定时器是指定时自从节点收到LOC消息至转发出去LOC消息之间的时间段。若是之前还没有转发过该邻居节点的LOC消息，则开启快转发；若之前已经转发过同一邻居节点的LOC消息，则节点会弃置该LOC消息，不转发此次LOC消息；若之前已经转发过其他邻居节点的LOC消息，则开启慢转发。实行快转发策略，因为当前节点没转发过同一邻居节点的LOC消息，表明它周围的相当一部分邻居节点很大可能没有接收过LOC消息，让该节点执行快转发可以让LOC消息快速覆及网络所有节点。实行慢转发策略，主要用于让该节点的所有邻居节点重新确认该节点发送的LOC消息已经被邻居节点们正常接收，该过程不需要快速的执行，使用慢转发策略还能够让自身要发送的LOC消息有效地避开网络中被快转发的那部分LOC消息，减少了消息冲突的可能。目的节点在收到LOC消息后，在经过一定时延后发起DREQ消息，方向导向转发DREQ消息，建立方向导向随机路径。DREQ消息中包含序列号sequence，每当目的节点发送DREQ消息时，就会令序列号sequence字段自增1，表示是新一轮的DREQ消息。DREQ消息的反向下一跳节点ID是在占有不同备选权重的邻居节点中随机选取的，选出反向下一跳节点后，此消息就被发送给对应节点，收到DREQ消息的反向下一跳节点会更新本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种能量均衡的无线传感网络节点代码分发方法，其特征在于：包括以下步骤：S1.源节点响应目的节点的更新请求，向全网络广播LOC消息；S2.网络中的接收节点接收到LOC消息时，将向其发送LOC消息的邻居节点的ID加入本地邻居集合，然后计算该邻居节点的备选权重，邻居节点的备选权重由接收节点指向邻居节点的向量和邻居节点指向源节点的向量的乘积决定；在计算邻居节点的备选权重时，若计算出的备选权重值为正值，则将邻居节点ID号和权重值添加到正权值邻居表中，若计算出的备选权重值为负值则直接丢弃LOC消息；S3.目的节点接收到LOC消息后，广播DREQ消息向源节点建立传输路径：此时接收到DREQ消息的接收节点会从其正权值邻居表中随机选取一个节点作为反向路径的下一跳节点，然后将DREQ消息转发至下一跳节点；重复上述传送过程直至DREQ消息被转发至源节点；S4.源节点在收到 DREQ消息后，将代码镜像的镜像页沿着建立的传输路径传输至目的节点；S5.目的节点在接收到镜像页后，广播DREQ消息随机建立新的传输路径，并利用新的传输路径传输镜像页；S6.重复执行步骤S5直至目的节点接收完所有的镜像页。

【技术特征摘要】
1.一种能量均衡的无线传感网络节点代码分发方法，其特征在于：包括以下步骤：S1.源节点响应目的节点的更新请求，向全网络广播LOC消息；S2.网络中的接收节点接收到LOC消息时，将向其发送LOC消息的邻居节点的ID加入本地邻居集合，然后计算该邻居节点的备选权重，邻居节点的备选权重由接收节点指向邻居节点的向量和邻居节点指向源节点的向量的乘积决定；在计算邻居节点的备选权重时，若计算出的备选权重值为正值，则将邻居节点ID号和权重值添加到正权值邻居表中，若计算出的备选权重值为负值则直接丢弃LOC消息；S3.目的节点接收到LOC消息后，广播DREQ消息向源节点建立传输路径：此时接收到DREQ消息的接收节点会从其正权值邻居表中随机选取一个节点作为反向路径的下一跳节点，然后将DREQ消息转发至下一跳节点；重复上述传送过程直至DREQ消息被转发至源节点；S4.源节点在收到DREQ消息后，将代码镜像的镜像页沿着建立的传输路径传输至目的节点；S5.目的节点在接收到镜像页后，广播DREQ消息随机建立新的传输路径，并利用新的传输路径传输镜像页；S6.重复执行步骤S5直至目的节点接收完所有的镜像页。2.根据权利要求1所述的能量均衡的无线传感网络节点代码分发方法，其特征在于：所述步骤S2中的接收节点接收到LOC信息后，会根据自身之前是否已经转发过同一邻居节点转发的LOC消息做出慢转发或快转发的决策，慢转发是指开启一个较长的随机定时器，快转发是指开启一个较短的随机定时器；随机定时器是指自接收节点收到LOC消息至转发出去LOC消息之间的时间段；若是之前还没有转发过该邻居节点的LOC消息，则开启快转发；若之前已经转发过同一邻居节点的LOC消息，则接收节点会弃置该LOC消息，不转发此次LOC消息；若之前已经转发过其他邻居节点的LOC消息，则开启慢转发。3.根据权利要求1所述的能量均衡的无线传感网络节点代码分发方法，其特征在于：所述步骤S3中，所述目的节点在广播DREQ消息之后将开启一个重传定时器，若定时时间到仍没有收到完整的镜像页，那么认为这个镜像页传输...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄晓，朱明，李媛，保延翔，张竞豪，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：广东,44