專利名稱：一種面向無線多媒體傳感器網(wǎng)絡的多路分級路由方法
技術領域：
本發(fā)明是一種針對無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(Wireless Multimedia SensorNetworks, WMSN)中多媒體數(shù)據(jù)流傳輸?shù)募夹g方案，主要用于解決多媒體流實時性傳輸?shù)膯栴}，并盡可能 延長網(wǎng)絡生存周期，屬于計算機無線通信技術領域。
背景技術：
近些年來，無線傳感器網(wǎng)絡(Wireless Sensor Networks，WSN)路由技術主要集中 于針對傳輸標量數(shù)據(jù)。最近，在傳統(tǒng)的無線傳感器網(wǎng)絡中加入了視頻音頻流(即多媒體流) 的傳輸，同時還有標量數(shù)據(jù)(比如溫度，濕度等)的傳輸，對傳統(tǒng)的無線傳感器路由協(xié)議提 出了新的挑戰(zhàn)。路由協(xié)議負責將數(shù)據(jù)分組從源節(jié)點通過網(wǎng)絡轉發(fā)到目的節(jié)點，它主要包括兩個 方面的功能尋找源節(jié)點和目的節(jié)點間的優(yōu)化路徑，將數(shù)據(jù)分組沿著優(yōu)化路徑傳輸。其中 地理位置路由協(xié)議為常用的路由協(xié)議的一種，在這類應用中，通常需要知道目的節(jié)點的精 確或者大致地理位置。把節(jié)點的位置信息作為路由選擇的依據(jù)，不僅能夠完成節(jié)點路由 功能，還可以降低系統(tǒng)專門維護路由協(xié)議的能耗。傳統(tǒng)的WSN中的地理路由協(xié)議有(1) GEAR (Geographical and Energy Aware Routing)路由機制，它根據(jù)事件區(qū)域的地理位置信 息，建立匯聚節(jié)點到事件區(qū)域的優(yōu)化路徑，避免了洪泛傳播方式，從而減少了路由建立的開 銷。(2) GEM (Graph Embedding)路由是一種適用于數(shù)據(jù)中心存儲方式的地理路由。它不依賴 于節(jié)點精確的位置信息。采用虛擬極坐標的方法能夠簡單地將網(wǎng)絡實際拓撲信息映射到一 個易于進行路由處理的邏輯拓撲中，而且不改變節(jié)點間的相對位置。由于采用了帶環(huán)樹結 構，實際網(wǎng)絡拓撲發(fā)生變化時，樹的調整比較復雜，因此GEM路由適用于拓撲結構相對穩(wěn)定 的傳感器網(wǎng)絡。⑶邊界定位的地理路由，利用信標節(jié)點，它與GEAR路由相比，只需要知道 很少節(jié)點的精確位置信息，減少了對傳感器節(jié)點功能的要求，降低了傳感器網(wǎng)絡的部署成 本。但為了確定全局坐標系和節(jié)點在坐標系中的位置信息，節(jié)點需要進行大量的信息交換， 通信開銷很大。GPSR(Greedy Perimeter Stateless Routing)是適用于無線傳感器網(wǎng)絡 的，但是存在路由空洞現(xiàn)象。而且，以上四種路由均為單徑路由，對于傳統(tǒng)的傳感器網(wǎng)絡傳 輸?shù)臉肆繑?shù)據(jù)是合適，然而對于大數(shù)據(jù)量的多媒體數(shù)據(jù)流是不合適的。目前已有提出一些 基于地理位置的多徑路由協(xié)議比如TPGF(Two Phasegeographical Greedy Forwarding), 致力于找到最短的從源節(jié)點到目的節(jié)點不相交路徑，然而并不是所有的不相交路徑都適合 傳輸多媒體流數(shù)據(jù)，因為其選擇下一跳時僅僅考慮距離，即把距離目標節(jié)點最近的作為下 一跳，沒有考慮節(jié)點能量問題，很可能在該路徑中出現(xiàn)節(jié)點剩余能量不多的情景，一旦節(jié)點 能量耗盡，該路徑將癱瘓。這樣最短路徑就成為了最不安全的路徑。多徑路由協(xié)議的提出， 延長了網(wǎng)絡生存周期，增大了網(wǎng)絡吞吐量。但是，沒有針對多媒體流的特殊要求，而把多媒 體流與一般的標量數(shù)據(jù)歸為一類數(shù)據(jù)而不加區(qū)分的傳輸，這對多媒體流的傳輸沒有特別的 優(yōu)勢。

發(fā)明內容
技術問題本發(fā)明的目的是提出一種面向無線多媒體傳感器網(wǎng)絡的多路分級路由方法，來解決多媒體流對于實時性要求高的問題。通過使用本發(fā)明提出的方法 可以提高多媒體數(shù)據(jù)流傳輸實時性，增大網(wǎng)絡吞吐量并延長網(wǎng)絡生存周期。技術方案本發(fā)明的方法是一種改進性的方法，分級的多徑路由協(xié)議主要為的任 務是解決多媒體流對于傳輸實時性要求較高的需求。另外可以盡可能多的利用傳感器網(wǎng)絡 節(jié)點，延長生存周期，增大網(wǎng)絡吞吐量。一、體系結構本方法是基于地理位置路由協(xié)議的多徑路由協(xié)議，并存此基礎上提出區(qū)分服務的 要求，不僅能夠延長網(wǎng)絡生存周期，減少網(wǎng)絡擁塞和包沖突，提高網(wǎng)絡吞吐量，并且根據(jù)多 媒體流的具體特點，在此基礎上更進一步，通過區(qū)分服務機制，應用分級路由的方法，更好 的保障了多媒體流的實時性，提高網(wǎng)絡傳輸?shù)姆€(wěn)定性，使網(wǎng)絡變的更加可靠。本方法是基于 地理位置的能量感知的分級路由協(xié)議，我們假設這個傳感器網(wǎng)絡(WSN)可用圖G(V，E)來表
示，這里V= Iv1, v2，......，vn}，是一個由有限傳感器節(jié)點組成的集合；E= Ie1, e2，......，
en}，是一個由有限連接組成的集合?；臼请S機部署的，每個傳感器節(jié)點和基站的位置是 固定的，可以用全球定位系統(tǒng)(Global Position System,GPS)來獲得。每個節(jié)點有三種狀 態(tài)1)活節(jié)點并且可用；2)活節(jié)點但不可用；3)死節(jié)點。每個連接有兩種狀態(tài)可用的和不 可用的；我們假設只有源節(jié)點知道基站的位置，其他節(jié)點只能通過從源節(jié)點發(fā)來的探索包 攜帶的信息中知道基站的位置信息；其具體步驟如下(1)建立鄰居節(jié)點表；無線傳感器網(wǎng)絡中的每個節(jié)點通過洪泛 的方式，定期向鄰居節(jié)點報告自己的相關信息，包括節(jié)點自身的地理位置信息和自己的剩 余能量信息。(2)建立多條到達目標節(jié)點的多條路由；源節(jié)點通過向目標節(jié)點發(fā)送Hello 包，尋找從源節(jié)點到目的節(jié)點的節(jié)點不相交路徑。這個步驟包括個部分a)初步建立一條 路由；b)對所建立的該條路由進行優(yōu)化，使之成為最短路由；c)重復執(zhí)行前兩部分的功能， 找到多條從源節(jié)點至目的節(jié)點的路徑；(3)數(shù)據(jù)流的傳輸；根據(jù)數(shù)據(jù)流的種類和其特性選 擇最佳的路由進行數(shù)據(jù)傳輸；二、方法流程本方法包括以上所述3個步驟，詳細論述如下(一 )建立鄰居節(jié)點表；無線傳感器網(wǎng)絡中的每個傳感器節(jié)點定期的通過洪泛的 方式向其一跳范圍內的所有鄰居節(jié)點廣播其自身信息，廣播的信息包括節(jié)點自身的坐標 位置以及節(jié)點的剩余能量；每個節(jié)點收到鄰居節(jié)點的洪泛信息后，根據(jù)一定法則更新其鄰 居節(jié)點路由表。這里，鄰居節(jié)點表的表結構為鄰居節(jié)點ID ；節(jié)點位置信息；節(jié)點剩余能量； 節(jié)點狀態(tài)；節(jié)點所在路徑號。這里，節(jié)點狀態(tài)分為活的節(jié)點且可用和活的節(jié)點且不可用； 路徑號從0開始依次往上加，初始路徑號為-1。且我們規(guī)定路徑號為0的路徑級別最高。( 二)建立多條路由；本步驟分兩個階段貪心轉發(fā)階段和路徑優(yōu)化階段；貪心轉發(fā)階段本階段負責尋找一條從源節(jié)點到目的節(jié)點的路徑。該階段又有兩種方法a)貪心 轉發(fā)；b)回溯法；貪心轉發(fā)在所有鄰居節(jié)點中選擇估計代價最小的節(jié)點作為探索包轉發(fā)的下一跳節(jié)點；這里節(jié)點估計代價的計算公式是C(N，D) = ab(N，D) + (l-a)e(N)，0<a<l。其 中=C (N, D)為到目標節(jié)點的估計代價；d(N，D)為本節(jié)點距離目標節(jié)點的距離；e(N)為節(jié)點 的剩余能量；選擇C(N，D)最小的作為下一條節(jié)點；該式中d(N，D)和e(N)都是歸一化的參 數(shù)值；距離目標節(jié)點越近、剩余能量越多，該節(jié)點的代價值越小。回溯法因為在探索包的貪心轉發(fā)過程中，會有這樣一種情況發(fā)生，有些節(jié)點除了 上一跳節(jié)點以外，沒有可用的下一跳節(jié)點轉發(fā)探索包。這樣的節(jié)點我們定義為阻塞節(jié)點，如 圖1所示?！盎厮莘ā本褪菫榱私鉀Q這個阻塞節(jié)點的問題。當某個節(jié)點發(fā)現(xiàn)它自己是阻塞節(jié) 點的時候，將會通知上一跳節(jié)點并標注自己為阻塞節(jié)點。上一跳節(jié)點受到阻塞節(jié)點信息后， 將會根據(jù)最小代價原則重新選擇下一跳節(jié)點。“回溯法”可被重復執(zhí)行直到節(jié)點能成功選擇 合適的下一跳節(jié)點，再次回到“貪心轉發(fā)”過程上來。這里，阻塞節(jié)點的情況有幾種情況a)本節(jié)點除了上一跳節(jié)點以外，再沒有其他 節(jié)點作為其一跳以內的鄰居節(jié)點；b)本節(jié)點除了上一跳節(jié)點以外，其他一跳以內的鄰居節(jié) 點被其他路徑占用而成了“活的不可用節(jié)點”，c)當路徑中遇到路由環(huán)路時，路由環(huán)路起點 處的傳感器節(jié)點將其下一跳節(jié)點置為其阻塞節(jié)點；d)當該節(jié)點與其上一跳互為下一跳時， 也就是說，其上一跳節(jié)點也是該節(jié)點最優(yōu)的下一跳節(jié)點，此時會導致死循環(huán)，解決的辦法就 是將該節(jié)點設置為阻塞節(jié)點。路徑優(yōu)化階段本階段負責優(yōu)化已經找到的某條路徑，使該路徑上包含最少數(shù)目的節(jié)點，這樣使 源節(jié)點到目的節(jié)點之間的跳數(shù)最少。本階段通過目的節(jié)點回送的確認信息來進行優(yōu)化。首 先介紹一下路徑環(huán)的概念，如圖2所示，對于任一條無線傳感器中的路徑，如果該路徑中有 兩個或兩個以上的節(jié)點時另一個節(jié)點的鄰居節(jié)點，我們就認為該路徑中就存在一個“路徑 環(huán)”。路徑環(huán)的存在，增加了從源節(jié)點至源節(jié)點之間不必要的跳數(shù)。消除路徑環(huán)可以大大減 少路徑上的節(jié)點數(shù)目。這樣就能使該路徑擁有最少數(shù)目的節(jié)點，即從源節(jié)點至目的節(jié)點擁 有最少數(shù)目的跳數(shù)。詳細優(yōu)化步驟如下首先，在第一階段發(fā)送探索包尋找新路徑的過程中，事先給每 個被選中的節(jié)點打上標簽，標注法節(jié)點的路徑號和節(jié)點序號，這里的節(jié)點序號按從源節(jié)點 到目的節(jié)點的方向上是遞增的順序。其次，在本方法中，無論該路徑是否到達目的節(jié)點，都會有一個確認信息回送給源 節(jié)點。在確認信息在回送過程中，事先打好的標簽被用來消除路徑環(huán)。其原則是路徑中的 任意節(jié)點只給這樣一個一跳范圍內的節(jié)點發(fā)送確認信息，該節(jié)點具有與之有相同的路徑號 并且節(jié)點序號最小。這樣便可消除路徑環(huán)，減少源節(jié)點至目的節(jié)點之間不必要的跳數(shù)，最終 確定一條最短路徑。最后，一個釋放指令將會被發(fā)送給那些該路徑中沒有用來傳輸數(shù)據(jù)的節(jié)點。這些 被釋放的節(jié)點可重新用來作為下一次選路時用。通過以上兩個階段的過程，可建立一條從源節(jié)點到目標節(jié)點的最小代價路徑。重 復這兩階段的過程便會找到所有從源節(jié)點到目標節(jié)點的路徑。(三)，數(shù)據(jù)流的傳輸；主要針對多媒體流的特性要求，運用區(qū)分服務的理念。給多 媒體流提供最優(yōu)的傳輸路徑。根據(jù)數(shù)據(jù)流的不同優(yōu)先級別選擇不同的路由進行傳輸，滿足 QoS(Quality of Service, QoS)要求。
步驟(1)在應用層，對傳感器節(jié)點所有要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)(包括多媒體數(shù)據(jù)和其他 標量數(shù)據(jù))進行區(qū)分，并且對不同數(shù)據(jù)流標以優(yōu)先級，這里，我們規(guī)定多媒體流的優(yōu)先級最 高，標量數(shù)據(jù)最低。步驟(2)在路由層根據(jù)所要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流的不同優(yōu)先級，選擇不同路由來進行 傳輸。若該數(shù)據(jù)流的級別比較高，則選擇級別高的路徑來傳輸，若該數(shù)據(jù)流的級別較低，則 選擇級別比較低的路徑來傳輸。有益效果本發(fā)明方法提出了一種基于地理位置的能量感知分級路由協(xié)議，主要 用于解決多媒體傳感器網(wǎng)絡傳輸數(shù)據(jù)量大帶來的網(wǎng)絡生存周期短的問題，以及滿足多媒體 數(shù)據(jù)對于實時性的要求。無線多媒體網(wǎng)絡通過使用本發(fā)明提出的方法，可以解決因為大數(shù) 據(jù)量傳輸帶來的網(wǎng)絡生存周期短、由網(wǎng)絡擁塞和數(shù)據(jù)包沖突嚴重導致的網(wǎng)絡吞吐量大大降 低的問題，以及多媒體流數(shù)據(jù)對于低延時高可靠性要求高的問題。達到分布能量消耗(即 負載平衡)，延長網(wǎng)絡生存周期，確保多媒體數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性和可靠性。下面我們給出具 體的說明能量高效性本發(fā)明中的每一條路徑都是經過優(yōu)化之后的最短路由，跳數(shù)最少 (或接近最少)，因而整條路徑的耗能就被盡可能的降到最低。同時，由于采用了多徑傳輸 的方式，使得無線多媒體傳感器網(wǎng)絡能夠盡可能多的使用網(wǎng)絡中的節(jié)點，分布能量消耗達 到負載平衡，從而延長網(wǎng)絡生存周期。實時性首先，由于每條路徑都是優(yōu)化之后的最短路徑，每條路徑的跳數(shù)最小，這 樣就使得端到端的延時最小，有利于數(shù)據(jù)的實時性傳輸。同時，由于采用的是分級路由機 制，多于多媒體數(shù)據(jù)流進行特別保護，讓其通過最優(yōu)路徑傳輸，確保其有較低的延時。再者， 因為采用多徑傳輸，減少了網(wǎng)絡擁塞和包沖突，對實時傳輸也有很好的幫助?？煽啃杂捎诒痉椒ú捎玫姆旨壍哪芰扛兄酚桑瑢τ诙嗝襟w數(shù)據(jù)來說，總是選擇 路徑最短、路徑中每個節(jié)點剩余能量最多的路徑，對于多媒體的傳輸提供的可靠的保障。采 用多徑分級傳輸，避免了對多媒體流的傳輸?shù)母蓴_，提高出傳輸可靠性。


圖1是阻塞節(jié)點的示意圖。圖中，節(jié)點b為阻塞節(jié)點，尋路過程將重新回到節(jié)點a， 節(jié)點a在其鄰居節(jié)點表中將b設置為阻塞節(jié)點，重新選擇可用的下一跳節(jié)點尋路。圖2是路徑環(huán)的示意圖。如圖，節(jié)點a，b，c構成了路徑環(huán)，實際上，節(jié)點a可以直 接將數(shù)據(jù)包轉發(fā)給c而不用經過a。消除路徑環(huán)后，路徑上節(jié)點數(shù)目將大大減少，即減少了 從源節(jié)點至目的節(jié)點之間的跳數(shù)。圖3是本發(fā)明方法路徑優(yōu)化階段的示意圖。圖中P3為路徑號，表示該路徑為3號 路徑，后面的數(shù)字為節(jié)點在該路徑中的編號，源節(jié)點默認為0。例如，P3 :4表示3號路徑上 的編號為4的傳感器節(jié)點。圖4是根據(jù)數(shù)據(jù)流優(yōu)先級進行路由選擇的示意圖。圖5是尋找一條從源節(jié)點至目的節(jié)點的最短路徑的算法流程圖。圖6是本發(fā)明方法的整個流程圖。
具體實施例方式本方法是基于地理位置的能量感知分級路由協(xié)議，我們假設這個傳感器網(wǎng)絡
(WSN)可用圖G(V，E)來表示，這里V= Iv1, v2，......，vj，是一個由有限傳感器節(jié)點組成
的集合；E= {ei;e2,......，en}，是一個由有限連接組成的集合?；臼请S機部署的，每個
傳感器節(jié)點和基站的位置是固定的，可以用全球定位系統(tǒng)(Global PositionSystem, GPS) 來獲得。每個節(jié)點有三種狀態(tài)1)活節(jié)點并且可用；2)活節(jié)點但不可用；3)死節(jié)點。每個 連接有兩種狀態(tài)可用的和不可用的；我們假設只有源節(jié)點知道基站的位置，其他節(jié)點只 能通過從源節(jié)點發(fā)來的探索包攜帶的信息中知道基站的位置信息；本方法實施分三個階 段i)鄰居節(jié)點表的建立；ii)能量感知多徑路由的發(fā)現(xiàn)；iii)數(shù)據(jù)傳輸階段；現(xiàn)具體描述 如下第一階段鄰居節(jié)點表的建立傳感器網(wǎng)絡部署完成后，網(wǎng)絡中的每個節(jié)點通過定期洪泛的方式，向其一跳以內 的鄰居節(jié)點廣播節(jié)點自身信息。廣播的信息包括節(jié)點自身ID ；節(jié)點自身的位置信息；節(jié)點 自身狀態(tài)；節(jié)點所在路徑號；這里，節(jié)點自身狀態(tài)包括兩種即活的且可用(非阻塞節(jié)點)、活的且不可用(阻塞 節(jié)點)。具體的說，第一種節(jié)點，它是活節(jié)點且沒有被其他節(jié)點使用，且在路徑發(fā)現(xiàn)過程中(自 身不是目的節(jié)點)除了上一跳節(jié)點鄰居節(jié)點外，還有可選的下一跳用來轉發(fā)探索包；第二種 節(jié)點，節(jié)點是活的，或者是由于被其他路徑占用，而不能被其他路徑用來建立路徑，即是不可 用的。或者是在路徑發(fā)現(xiàn)過程中(自身不是目的節(jié)點)，除了其上一跳節(jié)點以外，沒有其他可 用的鄰居節(jié)點，即被叫做阻塞節(jié)點的情況。節(jié)點路徑號其初始值設為-1，表示未被任何路徑 占用。路徑號是從0開始的整數(shù)。且我們規(guī)定路徑級別從路徑號為0的路徑遞減。每個節(jié)點收到鄰居節(jié)點的洪泛信息后將鄰居節(jié)點ID加入鄰居節(jié)點表中，并存儲 該鄰居節(jié)點的相關信息，鄰居節(jié)點表結構為鄰居節(jié)點ID ；鄰居節(jié)點位置信息；鄰居節(jié)點剩 余能量；鄰居節(jié)點狀態(tài)；鄰居節(jié)點所在路徑號。節(jié)點通過洪泛的方式，可以建立和更新路由表。這里我們假設全網(wǎng)是時鐘同步的。 也就是說，每個節(jié)點洪泛的時間和時間間隔都是相同的。其過程表述如下當節(jié)點收到鄰居 節(jié)點的洪泛數(shù)據(jù)包時，首先將數(shù)據(jù)包源的ID提取出來，并對自身建立的鄰居節(jié)點表進行查 表，分三種情況a)若已經存在該節(jié)點，則更新該鄰居節(jié)點的節(jié)點表信息，然后丟棄該數(shù)據(jù) 包，b)若鄰居節(jié)點表中沒有該節(jié)點ID，則將其加入鄰居節(jié)點表，并記錄其位置信息、節(jié)點狀 態(tài)信息和節(jié)點所在路徑號。c)若大于某個時間閾值(由事先設定好的)未收到某個節(jié)點的 洪泛信息，就會將該節(jié)點所有信息從鄰居節(jié)點表中刪掉。通過這個階段就建立了鄰居節(jié)點表，以備后面路由發(fā)現(xiàn)階段用。第二階段能量感知多徑分級路由的建立這個步驟分兩個階段貪心轉發(fā)階段和路徑優(yōu)化階段；貪心轉發(fā)階段本階段負責尋找一條從源節(jié)點到目的節(jié)點的路徑。該階段又有兩種方法a)貪心 轉發(fā)；b)回溯法；貪心轉發(fā)該方法的原則是貪心轉發(fā)就是在選擇每個下一跳時都采用貪心的 策略，也即總是選擇最優(yōu)的節(jié)點作為下一跳節(jié)點。這里，最優(yōu)的標準就是估計代價最小。在
8所有鄰居節(jié)點中選擇估計代價最小的節(jié)點作為探索包轉發(fā)的下一跳節(jié)點；這里節(jié)點估計代 價的計算公式是C(N，D) = ad(N,D) + (l-a)e(N),0其中C(N，D)為到目標節(jié)
點的估計代價；d(N，D)為本節(jié)點距離目標節(jié)點的距離；e(N)為節(jié)點的剩余能量；選擇C(N， D)最小的作為下一條節(jié)點；該式中d(N，D)和e(N)都是歸一化的參數(shù)值；距離目標節(jié)點越 近、剩余能量越多，該節(jié)點的代價值越小?；厮莘ㄒ驗樵谔剿靼呢澬霓D發(fā)過程中，會有這樣一種情況發(fā)生，有些節(jié)點除了 上一跳以外，沒有可用的下一跳節(jié)點轉發(fā)探索包。這樣的節(jié)點我們定義為阻塞節(jié)點。為了 解決這個阻塞節(jié)點問題，可通過“回溯法”的方法。當某個節(jié)點發(fā)現(xiàn)它自己是阻塞節(jié)點的時 候，將會通知上一跳節(jié)點把自己標注為阻塞節(jié)點。上一跳節(jié)點受到阻塞節(jié)點信息后，將會根 據(jù)最小代價原則重新選擇下一跳節(jié)點?！盎厮莘ā笨杀恢貜蛨?zhí)行直到節(jié)點能成功選擇合適的 下一跳節(jié)點，回到“貪心轉發(fā)”上來。路徑優(yōu)化階段本階段負責優(yōu)化已經找到的某條路徑，使該路徑上包含最少數(shù)目的節(jié)點，這樣減 少網(wǎng)絡延時。本階段運用一種方法標簽優(yōu)化。首先介紹一下路徑環(huán)的概念。對于任一條 無線傳感器中的路徑，如果該路徑中有兩個或兩個以上的節(jié)點時另一個節(jié)點的鄰居節(jié)點， 我們就認為該路徑中就存在一個“路徑環(huán)”?？梢酝ㄟ^減少該路徑上的節(jié)點數(shù)目來消除路徑 環(huán)。這樣就能使該路徑擁有最少數(shù)目的節(jié)點。路徑優(yōu)化步驟首先，在第一階段發(fā)送探索包尋找新路徑的過程中，給每個被選中 的節(jié)點打上標簽，標注該節(jié)點的路徑號和節(jié)點序號，這里的節(jié)點序號按從源節(jié)點到目的節(jié) 點的方向上是遞減的順序。其次，在本方法中，無論該路徑是否到達目的節(jié)點，都會有一個 確認信息回送給源節(jié)點。在確認信息在回送過程中，前面打上的標簽被用來消除路徑環(huán)。其 原則是路徑中的任意節(jié)點只給這樣一個一跳范圍內的節(jié)點發(fā)送確認信息，該節(jié)點具有與 之有相同的路徑號并且節(jié)點序號最小。這樣就消除了路徑環(huán)，減少了路徑上的節(jié)點數(shù)目，最 終確定一條最短路徑。最后，一個釋放命令將會被發(fā)送給那些該路徑中沒有用來傳輸數(shù)據(jù) 的節(jié)點。這些被釋放的節(jié)點可重新用來作為下一次尋路時用。通過以上兩個階段的過程，可建立一條從源節(jié)點到目標節(jié)點的最小代價路徑。重 復這兩階段的過程便會找到所有從源節(jié)點到目標節(jié)點的多條路徑。(三)，數(shù)據(jù)流的傳輸主要針對多媒體流的特性要求，運用區(qū)分服務的理念。給多媒體流提供最優(yōu) 的傳輸路徑。根據(jù)數(shù)據(jù)流的不同優(yōu)先級別選擇不同的路由進行傳輸，滿足QoS(Quality ofService, QoS)要求。步驟(1)在應用層，對傳感器節(jié)點所有要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)(包括多媒體數(shù)據(jù)和其他 標量數(shù)據(jù))進行區(qū)分，并且對不同數(shù)據(jù)流標以優(yōu)先級，這里，我們規(guī)定多媒體流的優(yōu)先級最 高，標量數(shù)據(jù)最低。步驟(2)在路由層根據(jù)所要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流的不同優(yōu)先級，選擇不同路由來進行 傳輸。若該數(shù)據(jù)流的級別比較高，則選擇級別高的路徑來傳輸，若該數(shù)據(jù)流的級別較低，則 選擇級別比較低的路徑來傳輸。
權利要求
一種面向無線多媒體傳感器網(wǎng)絡的多路分級路由方法，其特征是采用多徑并發(fā)傳輸無線多媒體傳感器網(wǎng)絡中從源節(jié)點到目的節(jié)點的數(shù)據(jù)，并且采用分級的能量感知路由協(xié)議，對多媒體流的特殊性作了區(qū)分服務，向其提供更高的服務質量，具體如下1)建立鄰居節(jié)點表；無線傳感器網(wǎng)絡中的每個節(jié)點通過洪泛的方式，定期向鄰居節(jié)點報告自己的相關信息，包括與目標節(jié)點的實際距離和自己的剩余能量信息；每個節(jié)點收到鄰居節(jié)點的洪泛信息后將鄰居節(jié)點ID加入鄰居節(jié)點表中，并存儲該鄰居節(jié)點的相關信息，鄰居節(jié)點表結構為鄰居節(jié)點ID；節(jié)點經度坐標；節(jié)點緯度坐標；節(jié)點剩余能量；節(jié)點狀態(tài)；節(jié)點所在路徑號；對于節(jié)點通過洪泛的方式，建立和更新路由表，其過程為當節(jié)點收到鄰居節(jié)點的洪泛數(shù)據(jù)包時，首先將數(shù)據(jù)包源的ID提取出來，并對自身建立的鄰居節(jié)點表進行查表，分三種情況a)若已經存在該節(jié)點，則更新該鄰居節(jié)點節(jié)點表信息，然后丟棄該數(shù)據(jù)包，b)若鄰居節(jié)點表中沒有該節(jié)點ID，則將其加入鄰居節(jié)點表，并記錄其位置信息、節(jié)點狀態(tài)信息和節(jié)點所在路徑號，c)若大于某個時間閾值未收到某個節(jié)點的洪泛信息，就會將該節(jié)點所有信息從鄰居節(jié)點表中刪掉；2)建立多條從源節(jié)點至目標節(jié)點的多條路由；源節(jié)點通過向目標節(jié)點發(fā)送Hello包，尋找從源節(jié)點到目的節(jié)點的節(jié)點不相交路徑；這個步驟包括a)貪心轉發(fā)階段；b)對所建立路由進行優(yōu)化，使之成為最短路由；貪心轉發(fā)階段本階段負責尋找一條從源節(jié)點到目的節(jié)點的路徑，該階段又有兩種方法a1)貪心轉發(fā)就是在選擇每個下一跳時都采用貪心的策略，也即總是選擇最優(yōu)的節(jié)點作為下一跳節(jié)點，這里，最優(yōu)的標準就是代價最??；a2)回溯法在探索包的貪心轉發(fā)過程中，如果遇到阻塞節(jié)點，則采用“回溯法”，當某個節(jié)點發(fā)現(xiàn)它自己是阻塞節(jié)點的時候，將會通知上一跳節(jié)點并標注自己為阻塞節(jié)點，上一跳節(jié)點受到阻塞節(jié)點信息后，將會根據(jù)最小代價原則重新選擇下一跳節(jié)點，“回溯法”可被重復執(zhí)行直到節(jié)點能成功選擇合適的下一跳節(jié)點，回到“貪心轉發(fā)”上來；路徑優(yōu)化階段本階段負責優(yōu)化已經找到的某條路徑，使該路徑上包含最少數(shù)目的節(jié)點，這樣減少網(wǎng)絡延時，本階段運用一種標簽優(yōu)化方法，主要通過標簽優(yōu)化的方法消除路徑環(huán)，使該路徑擁有最少數(shù)目的節(jié)點；首先，在第一階段發(fā)送探索包尋找新路徑的過程中，給每個被選中的節(jié)點打上標簽，標注該節(jié)點的路徑號和節(jié)點序號，這里的節(jié)點序號按從源節(jié)點到目的節(jié)點的方向上是遞增的順序；其次，在本方法中，無論該路徑是否到達目的節(jié)點，都會有一個確認信息回送給源節(jié)點；在確認信息在回送過程中，之前打上的標簽被用來消除路徑環(huán)；其原則是路徑中的任意節(jié)點只給這樣一個一跳范圍內的節(jié)點發(fā)送確認信息，該節(jié)點具有與之有相同的路徑號并且節(jié)點序號最大，最終確定一條最短路徑，最后，一個釋放命令將會被發(fā)送給那些該路徑中沒有用來傳輸數(shù)據(jù)的節(jié)點，這些被釋放的節(jié)點可重新用來作為下一條路徑用；通過以上兩個階段的過程，可建立一條從源節(jié)點到目標節(jié)點的最小代價路徑，重復這兩階段的過程便會找到所有從源節(jié)點到目標節(jié)點的路徑；3)數(shù)據(jù)流的傳輸步驟1在應用層，對傳感器節(jié)點所有要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包括多媒體數(shù)據(jù)和其他標量數(shù)據(jù)進行區(qū)分，并且對不同數(shù)據(jù)流標以優(yōu)先級，這里，規(guī)定多媒體流的優(yōu)先級最高，標量數(shù)據(jù)最低；步驟2在路由層根據(jù)所要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流的不同優(yōu)先級，選擇不同路由來進行傳輸。若該數(shù)據(jù)流的級別比較高，則選擇級別高的路徑來傳輸，若該數(shù)據(jù)流的級別較低，則選擇級別比較低的路徑來傳輸。
全文摘要
一種面向無線多媒體傳感器網(wǎng)絡的多路分級路由方法，是一種針對無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(Wireless Multimedia Sensor Networks，WMSN)中多媒體數(shù)據(jù)流傳輸?shù)募夹g方案，主要用于解決多媒體流實時性傳輸?shù)膯栴}，并盡可能延長網(wǎng)絡生存周期，其特征是采用多徑并發(fā)傳輸無線多媒體傳感器網(wǎng)絡中從源節(jié)點到目的節(jié)點的數(shù)據(jù)，并且采用分級的能量感知路由協(xié)議，對多媒體流的特殊性作了區(qū)分服務，向其提供更高的服務質量。
文檔編號H04W40/24GK101895955SQ20101015582
公開日2010年11月24日 申請日期2010年4月23日 優(yōu)先權日2010年4月23日
發(fā)明者葉寧, 孫力娟, 楊攀峰, 沙超, 王汝傳, 肖甫, 蔣凌云, 郭劍, 黃小桑, 黃海平 申請人:南京郵電大學