專利名稱：一種基于事件感知的無線傳感器網絡選播路由方法
技術領域：
本發(fā)明涉及無線傳感器網絡路由領域，應用于基于事件驅動機制的無線傳感 器網絡。
背景技術：
隨著無線通信、電子與傳感技術的發(fā)展，無線傳感器網絡引起了廣泛的應 用。無線傳感器由具有傳感、數據處理和短距離無線通信功能的傳感器組成， 在軍事國防、環(huán)境監(jiān)測、生物醫(yī)療，搶險救災以及商業(yè)應用等領域具有廣泛的 應用前景。
無線傳感器網絡是一種結構簡單的自組織網絡，許多傳統(tǒng)的固定網絡與移 動自組織網絡的路由協議不能有效的適用于無線傳感器網絡，無線傳感器網絡 在區(qū)域監(jiān)測(比如環(huán)境監(jiān)測)時，往往是一種基于事件驅動的通信機制，節(jié)點 的移動性和事件發(fā)生的隨機性、路由的維護和重構是復雜的問題。
選播路由的主要優(yōu)點就是網絡配置簡單，便于實現與維護分布式網絡，利 用選播將分組發(fā)給事件發(fā)生區(qū)域"最近"的節(jié)點能夠減少分組轉發(fā)的跳數，從 而實現節(jié)省能量、減少路由表維護的開銷。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是，針對事件驅動機制的無線傳感器網絡存在的路由構建問 題、事件相關性的數據融合問題，以及由于移動節(jié)點帶來的路由重構和路由維 護問題，提出一種基于事件感知的無線傳感器網絡選播路由方法，它在實現機 制上比較簡單，對于保證無線傳感器網絡的健壯性，可擴展性以及減少能量消
耗等方面具有很大的優(yōu)勢。
本發(fā)明的技術方案是，所述基于事件感知的無線傳感器網絡選播路由方法 為，利用選播機制將感知到相同興趣事件的節(jié)點劃分到同一選播地址組，并且 在劃分分組的過程中選出分組中距離目的節(jié)點(Sink節(jié)點)最近的節(jié)點作為簇 首節(jié)點；同組節(jié)點將采集到的數據通過數據融合發(fā)送給簇頭節(jié)點，簇頭節(jié)點通 過事先建立的最短路徑將數據發(fā)送給Sink節(jié)點；其步驟如下
a. 初始化及建立最短路徑樹階段所有源節(jié)點設置其父節(jié)點FATHER—ID=0， 加入處理隊列，由Sink節(jié)點向其l跳范圍鄰居廣播信息，收到此信息的節(jié)點設 置FATHER—ID=Sink，到達Sink節(jié)點的距離rs—hop=l，繼續(xù)向鄰居節(jié)點廣播， 并從處理隊列中移除這些節(jié)點；處理隊列中的節(jié)點收到信息后更新自己的父節(jié) 點信息與跳數信息，繼續(xù)向鄰居節(jié)點廣播，直到處理隊列為空；
b. 感知事件階段最先感應到興趣事件的節(jié)點向鄰居節(jié)點廣播喚醒包，同時 本地保存興趣事件信息，喚醒包中攜帶信息包括包目的節(jié)點，該節(jié)點到Sink 節(jié)點的最小跳數HOP,包生存跳數wq=0，選播地址組AD;
C.成簇及簇頭選舉階段節(jié)點收到喚醒包，則感知周圍事件，且
如果節(jié)點感知不到任何事件或者感知非同一興趣事件，節(jié)點將喚醒包中的 生存跳數信息S叫加1，若生存跳數信息大于2，則丟棄該包；否則，轉發(fā)喚醒 包；如果節(jié)點己經收到過該喚醒包，則丟棄包；
如果節(jié)點感知到同一興趣事件，則對比本地到Sink節(jié)點最小跳數與喚醒包 中的跳數HOP的最小值重新加入喚醒包繼續(xù)向鄰居節(jié)點廣播，節(jié)點加入同一選 播地址組；
當網絡中所有喚醒包被丟棄，具有同一選播地址組的節(jié)點加入相同的簇， 同時選舉到Sink節(jié)點跳數最小的節(jié)點作為簇頭節(jié)點；
d.數據匯聚階段簇內節(jié)點將數據包沿著最短路徑將數據匯聚給簇頭節(jié)點， 在此路徑上數據進行融合，簇頭節(jié)點收集到簇內所有數據后將數據沿著步驟1
建立的最短路徑傳送給Sink節(jié)點。
以下對本發(fā)明做出進一步說明。
根據無線傳感器的能量消耗模型，節(jié)點的能量消耗大部分集中在通信的能 量消耗上，節(jié)點為了避免過多通信消耗就必須選擇最短的通信路徑，同時未參 與網絡工作的節(jié)點應該保持"睡眠"狀態(tài)，以減少能量的消耗，在基于事件感 知驅動的通信機制的傳感器網絡中，節(jié)點的工作情況完全根據事件發(fā)生，感知， 傳送數據的需要而決定，因此，除能感知到事件的節(jié)點與傳輸數據必須參與的 節(jié)點外，其余的節(jié)點應盡可能的保持"睡眠"狀態(tài)。因此本發(fā)明在進行路由設 計的時候，將感知到同一興趣事件的節(jié)點歸并到同一簇下，利用選播機制選出 簇內距離目的節(jié)點最近的節(jié)點作為簇頭節(jié)點。簇內非簇頭節(jié)點將數據發(fā)送給簇 頭節(jié)點，由簇頭節(jié)點沿著事先建立好的最短路徑將數據傳送給目的節(jié)點。
基于事件感知的選播路由方法分為三個階段第一為建立最短路徑階段， 第二為事件感知成簇階段，第三為數據匯聚階段。數據包格式定義如下
TYPEIDsrcIDdstIDanyHOPLENDATA
其中TYPE表示包的類型，IDsrc表示目的節(jié)點ID， IDdst表示目的節(jié)點ID， IDany表選播地址，LEN表示數據包長度，DATA表示數據，H0P表示跳數。每個 節(jié)點維護的信息包括節(jié)點ID,父節(jié)點FATHER—ID，達到Sink節(jié)點的時間rs_hop (Reach Sink Hop)以及選播地址AD(Anycast address)。
由以上可知，本發(fā)明為基于事件感知的無線傳感器網絡選播路由方法，它
在實現機制上比較簡單，對于保證無線傳感器網絡的健壯性，可擴展性以及減 少能量消耗等方面具有很大的優(yōu)勢。
圖l是本發(fā)明最短路徑樹建立階段示意圖； 圖2是本發(fā)明事件感知成簇階段示意圖； 圖3是本發(fā)明數據匯聚階段示意圖； 圖4是本發(fā)明方法的步驟圖。
具體實施例方式
圖1所示是一種啟發(fā)式的最短路徑樹方法，各源節(jié)點設置父節(jié)點FATHER_ID 為0，所有源節(jié)點加入處理隊列，由目的節(jié)點(Sink節(jié)點)發(fā)起尋找最短路徑 樹的過程，首先由Sink節(jié)點向一跳鄰居節(jié)點發(fā)送信息，這些鄰居節(jié)點設置父節(jié) 點FATHER—ID等于Sink節(jié)點，由這些節(jié)點向鄰居節(jié)點廣播信息，同時將這些節(jié) 點從處理隊列中移除。收到信息包的節(jié)點更新父節(jié)點ID，同時發(fā)送信息，從處 理隊列中移除節(jié)點，直到處理隊列中沒有節(jié)點為止。所有源節(jié)點只需保留其到 達目的節(jié)點最短路徑上的父節(jié)點信息，減少了路由維護的開銷。
圖2所示成簇階段與簇頭選舉階段。最先感應到興趣事件的節(jié)點向鄰居節(jié)點
廣播喚醒包，同時本地保存興趣事件信息，喚醒包中攜帶信息包括包目的節(jié) 點，該節(jié)點到Sink節(jié)點的最小跳數HOP,包生存跳數seq^，選播地址組AD.節(jié)
點收到喚醒包，則感知周圍事件如果節(jié)點感知不到任何事件或者感知非同一 興趣事件，節(jié)點將喚醒包中的生存跳數信息seq加1，若生存跳數信息大于2， 則丟棄該包，否則，轉發(fā)喚醒包；如果節(jié)點己經收到過該喚醒包，則丟棄包； 如果節(jié)點感知到同一興趣事件，則對比本地到Sink節(jié)點最小跳數與喚醒包中的
跳數HOP的最小值重新加入喚醒包繼續(xù)向鄰居節(jié)點廣播，節(jié)點加入同一選播地 址組。當網絡中所有喚醒包被丟棄，具有同一選播地址組的節(jié)點加入相同的簇，
同時選舉到Sink節(jié)點跳數最小的節(jié)點作為簇頭節(jié)點。
圖3是數據匯聚階段，每個源節(jié)點將數據轉發(fā)給其父節(jié)點，父節(jié)點將根據其
數據包的特點做如下動作如果數據包尚未通過簇頭節(jié)點，那么等待一段時間，
直到所有子節(jié)點將數據發(fā)給其節(jié)點，如果數據包己經通過簇頭節(jié)點，則直接將 數據轉發(fā)給最短路徑上的父節(jié)點
圖4提供了本發(fā)明整個方法的步驟，最先感知到興趣事件的節(jié)點廣播喚醒 包，該包攜帶跳數信息HOP與選播地址組AD， HOP記錄著最先感知興趣事件 的節(jié)點到目的節(jié)點的最小跳數，AD唯一標志興趣事件的選播地址組。感知到喚 醒包中同樣的興趣事件的節(jié)點加入選播地址組，取本地節(jié)點到目的節(jié)點的最小 跳數與喚醒包中的HOP的最小值作為新的HOP繼續(xù)廣播；感知到的事件與喚 醒包中的興趣事件不同的節(jié)點將喚醒包的生存跳數加1，然后轉發(fā)；當喚醒包生 存跳數大于2，則丟棄。從而找出具有相同選播地址AD的節(jié)點組和距目的節(jié)點 最近的節(jié)點作為簇頭節(jié)點。同組節(jié)點將數據發(fā)送給簇頭節(jié)點，簇頭節(jié)點進行數 據融合后沿最短路徑將數據發(fā)送給目的節(jié)點。
權利要求
1、一種基于事件感知的無線傳感器網絡選播路由方法，其特征是，該方法利用選播機制將感知到相同興趣事件的節(jié)點劃分到同一選播地址組，并且在劃分分組的過程中選出分組中距離目的節(jié)點最近的節(jié)點作為簇首節(jié)點；同組節(jié)點將采集到的數據通過數據融合發(fā)送給簇頭節(jié)點，簇頭節(jié)點通過事先建立的最短路徑將數據發(fā)送給Sink節(jié)點，其步驟如下a.初始化及建立最短路徑樹所有源節(jié)點設置其父節(jié)點FATHER_ID＝0，加入處理隊列，由Sink節(jié)點向其1跳范圍鄰居廣播信息，收到此信息的節(jié)點設置FATHER_ID＝Sink，到達Sink節(jié)點的距離rs_hop＝1，繼續(xù)向鄰居節(jié)點廣播，并從處理隊列中移除這些節(jié)點；處理隊列中的節(jié)點收到信息后更新自己的父節(jié)點信息與跳數信息，繼續(xù)向鄰居節(jié)點廣播，直到處理隊列為空；b.感知事件最先感應到興趣事件的節(jié)點向鄰居節(jié)點廣播喚醒包，同時本地保存興趣事件信息，喚醒包中攜帶信息包括包目的節(jié)點，該節(jié)點到Sink節(jié)點的最小跳數HOP，包生存跳數seq＝0，選播地址組AD；c.成簇及簇頭選舉節(jié)點收到喚醒包，則感知周圍事件，且如果節(jié)點感知不到任何事件或者感知非同一興趣事件，節(jié)點將喚醒包中的生存跳數信息seq加1，若生存跳數信息大于2，則丟棄該包；否則，轉發(fā)喚醒包；若節(jié)點已經收到過該喚醒包，則丟棄包；如果節(jié)點感知到同一興趣事件，則對比本地到Sink節(jié)點最小跳數與喚醒包中的跳數HOP的最小值重新加入喚醒包繼續(xù)向鄰居節(jié)點廣播，節(jié)點加入同一選播地址組；當網絡中所有喚醒包被丟棄，具有同一選播地址組的節(jié)點加入相同的簇，同時選舉到Sink節(jié)點跳數最小的節(jié)點作為簇頭節(jié)點；d.數據匯聚簇內節(jié)點將數據包沿著最短路徑將數據匯聚給簇頭節(jié)點，在此路徑上數據進行融合，簇頭節(jié)點收集到簇內所有數據后將數據沿著步驟1建立的最短路徑傳送給Sink節(jié)點。
全文摘要
一種基于事件感知的選播路由方法，適用基于事件驅動的無線傳感器網絡，其步驟為最先感知到興趣事件的節(jié)點廣播喚醒包，該包攜帶跳數信息HOP與選播地址組AD，AD唯一標志興趣事件的選播地址組。感知到喚醒包中同樣的興趣事件的節(jié)點加入選播地址組，取本地節(jié)點到目的節(jié)點的最小跳數與喚醒包中的HOP的最小值作為新的HOP繼續(xù)廣播；感知到的事件與喚醒包中的興趣事件不同的節(jié)點將喚醒包的生存跳數加1，然后轉發(fā)；當喚醒包生存跳數大于2，則丟棄，從而找出具有相同選播地址AD的節(jié)點組和距目的節(jié)點最近的節(jié)點作為簇頭節(jié)點；同組節(jié)點將數據發(fā)送給簇頭節(jié)點，簇頭節(jié)點進行數據融合后沿最短路徑將數據發(fā)送給目的節(jié)點。
文檔編號H04L12/56GK101179490SQ20071003617
公開日2008年5月14日 申請日期2007年11月21日 優(yōu)先權日2007年11月21日
發(fā)明者超 周, 曾凡仔, 李仁發(fā), 娟 羅 申請人:湖南大學