基于网络编码的改进定向扩散路由协议制造技术

本发明专利技术提出了基于网络编码的改进定向扩散路由协议；该协议在兴趣扩散与梯度建立过程中建立跳数场并且使用网络编码策略，将原始兴趣信息先编码后发送，显著减少发送次数；在探测数据传播过程中使用预测跳数和可视路径，缩小数据探测的转发范围，并将探测数据进行网络编码后发送；在路径加强阶段评估判据综合考虑了节点剩余能量、能量阈值、邻居节点的平均剩余能量及节点间传输距离，均衡了网络能耗。所述协议在节点平均剩余能量、网络吞吐量等性能指标上比定向扩散协议有明显的提高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于网络通信
，具体指的是基于网络编码的改进定向扩散路由协议。
技术介绍
无线通信、嵌入式、传感器、集成电路等技术的日趋成熟，带动了体积小、功耗低、功能强的传感器飞速发展。具有感知能力、通信能力和计算能力的微型传感器开始在全世界范围内出现。无线传感器网络是由部署在监测区域内的大量廉价的微型传感器节点组成，通过无线通信的方式形成的一个多跳的自组织网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中对象的信息，并发送给观察者。目前，无线传感器网络已广泛应用在各个领域。虽然无线传感器网络具有潜在的优势和广阔的应用前景，但是传感器节点的能源受限和应用高度相关性，使得其路由协议具有多样化的特点，设计中应当根据具体应用来对路由协议进行研究比较，从而确定哪一种路由协议更加适合当前的实际环境。定向扩散协议(Directed Diffusion, DD)是一个重要的、以数据为中心的、查询驱动的平面路由协议，具有很好的鲁棒性，是无线传感器网络路由协议设计的一个里程碑。它的出现，从此改变了无线传感器网络路由协议设计空白的历史。但是，该协议在能量高效方面考虑并不充分。第一，定向扩散路由协议周期性地进行兴趣洪泛和所有探测数据的全网转发，不仅增加了网络延时而且也增加了能耗。第二，协议未考虑节点能量，当多条加强路径使用同一节点的情况下，会造成该节点能量提前耗尽，影响了整个网络的工作。网络编码思想是Rudolf Ahlswede>蔡宁、李硕彦等在2000年提出的。V.Raghunathan等指出传感器节点使用无线方式传输I比特信息到IOOm距离所消耗的能量相当于执行3000条计算指令的消耗。可见，尽可能在本地进行计算，获取有效信息，减少信息的发送量，可以大量减少能耗。在某些实时性要求不高网络中，采用网络编码技术，将原始数据信息编码计算之后发送，可以显著减小网络中数据的发送次数，进而达到节约能量消耗、延长网络生存周期的目的。
技术实现思路
为了解决上述问题，提供了基于网络编码的改进定向扩散路由协议，所述协议改进了定向扩散路由协议网络延时性能，降低了能耗；加入节点能量系数判据，避免多条加强路径使用同一节点，解决了点能量提前耗尽问题。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是:基于网络编码的改进定向扩散路由协议，所述协议以定向扩散路由协议为基础，包括三个过程，分别是:兴趣扩散与梯度建立、探测数据传播、路径加强；所述兴趣扩散与梯度建立过程中，兴趣被洪泛到网络中的每个中间节点，中间节点只对兴趣分组中的区分不同兴趣的字段进行网络编码处理，到达源节点时进行解码即可获得不同的兴趣；源节点接收到足够多的编码兴趣后，即可获取到Sink节点洪泛的所有兴趣；兴趣扩散过程建立跳数场，获取能量信息；所述探测数据传播过程中，探测数据分组转发时受到了预测跳数和可视范围的限制，使得分组不会被转发到所有的邻居节点，中间节点直接将本地所有的不同探测数据分组编码后转发，编码方法是只对探测数据分组中的区分不同探测数据分组的字段进行网络编码处理；目的节点接收到分组后，更新编码矩阵以使其编码矩阵满秩；所述路径加强过程中，当前节点通过获取其所有有效的邻居节点的加强评估判据值来确定下一跳需要被加强的节点。所述不同兴趣是指Sink节点编号字段或者Sink数据类型字段两者至少有一个不同的兴趣。所述不同的探测数据分组，是指源节点编号字段或者源数据类型字段两者之中至少有一个不同的探测数据分组。所述改进定向扩散路由协议在兴趣扩散及梯度建立和探测数据传播的分组格式中增加了编码域；编码域包括数据分组源节点ID和数据类型字段；非中间节点更新的分组字段也需要进行网络编码。所述探测数据传播过程中，探测数据分组转发时受到可视范围的限制，是指汇聚节点S、转发节点F和转发节点F的任意邻居节点X构成的三角形SFX中，转发角度Z SFX为Θ，设定的可视范围为V，如果θ <ψ/2，则节点X是节点F的下一跳转发节点。所述加强评估判据值的确定方法如下:用L(X)表示传输距离对数据转发能耗的影响因素，则本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于网络编码的改进定向扩散路由协议，所述协议以定向扩散路由协议为基础，其特征在于：所述协议包括三个过程，分别是：兴趣扩散与梯度建立、探测数据传播、路径加强；具体如下：（1）所述兴趣扩散与梯度建立过程中，兴趣被洪泛到网络中的每个中间节点，中间节点只对兴趣分组中的区分不同兴趣的字段进行网络编码处理，到达源节点时进行解码即可获得不同的兴趣；源节点接收到足够多的编码兴趣后，即可获取到Sink节点洪泛的所有兴趣；兴趣扩散过程建立跳数场，获取能量信息；（2）所述探测数据传播过程中，探测数据分组转发时受到了预测跳数和可视范围的限制，使得分组不会被转发到所有的邻居节点，中间节点直接将本地所有的不同探测数据分组编码后转发，编码方法是只对探测数据分组中的区分不同探测数据分组的字段进行网络编码处理；目的节点接收到分组后，更新编码矩阵以使其编码矩阵满秩；（3）所述路径加强过程中，当前节点通过获取其所有有效的邻居节点的加强评估判据值来确定下一跳需要被加强的节点。

【技术特征摘要】
1.基于网络编码的改进定向扩散路由协议，所述协议以定向扩散路由协议为基础，其特征在于: 所述协议包括三个过程，分别是:兴趣扩散与梯度建立、探测数据传播、路径加强；具体如下: (O所述兴趣扩散与梯度建立过程中，兴趣被洪泛到网络中的每个中间节点，中间节点只对兴趣分组中的区分不同兴趣的字段进行网络编码处理，到达源节点时进行解码即可获得不同的兴趣；源节点接收到足够多的编码兴趣后，即可获取到Sink节点洪泛的所有兴趣；兴趣扩散过程建立跳数场，获取能量信息； (2)所述探测数据传播过程中，探测数据分组转发时受到了预测跳数和可视范围的限制，使得分组不会被转发到所有的邻居节点，中间节点直接将本地所有的不同探测数据分组编码后转发，编码方法是只对探测数据分组中的区分不同探测数据分组的字段进行网络编码处理；目的节点接收到分组后，更新编码矩阵以使其编码矩阵满秩； (3)所述路径加强过程中，当前节点通过获取其所有有效的邻居节点的加强评估判据值来确定下一跳需要被加强的节点。2.根据权利要求1所述基于网络编码的改进定向扩散路由协议，其特征在于:过程(I)中所述不同兴趣是指Sink节点编号字段或者Sink数据类型字段两者至少有一个不同的兴趣。3.根据权利要求1所述基于网络编码的改进定向扩散路由协议，其特征在于:过程(2)中所述不同的探测数据分组，是指源节点编号字段或者源数据类型字段两者之中至少有一个不同的探测数据分组。4.根据权利要求1所述基于网络编码的改进定向扩散路由协议，其特征在于:所述改进定向扩散路由协议在兴趣扩散与梯度建立、探测数据传播的分组格式中增加了编码域；编码域包...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾燕，马亮，郭洁，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：