基于方向角度的無線傳感網(wǎng)絡(luò)路由空洞優(yōu)化方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了屬于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSNs）【技術(shù)領(lǐng)域】中的一種基于方向角度的無線傳感網(wǎng)絡(luò)路由空洞優(yōu)化方法。該方法用任意兩個節(jié)點間的距離小于通信半徑R判斷路由空洞節(jié)點；以空洞節(jié)點為中心構(gòu)建基于方向角度空洞節(jié)點的方向鄰居節(jié)點集合；計算鄰居節(jié)點的下一跳代價函數(shù)；根據(jù)下一跳代價函數(shù)劃分路由空洞下一跳節(jié)點優(yōu)先等級；采用隨機選擇從高優(yōu)先級節(jié)點集合中選取一節(jié)點作為空洞節(jié)點的下一跳；最后對空洞附近路徑進行精簡優(yōu)化，減少路徑上節(jié)點個數(shù)，得到基于方向角度的無線傳感網(wǎng)絡(luò)路由空洞優(yōu)化方法。本發(fā)明既能處理空洞路由問題，也滿足了WSNs的QoS需求；簡單可行，在解決空洞問題上效果顯著。
【專利說明】基于方向角度的無線傳感網(wǎng)絡(luò)路由空洞優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于方向角度的無線傳感網(wǎng)絡(luò)路由空洞優(yōu)化方法，屬于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSNs)【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSNs)節(jié)點的計算、存儲、通信能力有限，傳統(tǒng)的固定網(wǎng)絡(luò)與移動自組織網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議均不能有效地應(yīng)用于WSNs，研究WSNs的路由協(xié)議有重要意義，路由協(xié)議可按不同的分類方法分為多種類別，其中的地理位置路由得到廣泛應(yīng)用，在地理位置路由中，節(jié)點通過GPS或者定位算法獲知自己的位置信息，數(shù)據(jù)需要轉(zhuǎn)發(fā)時，節(jié)點根據(jù)其掌握的局部網(wǎng)絡(luò)信息，使用距離貪婪轉(zhuǎn)發(fā)方式，選擇位置更加接近目標(biāo)節(jié)點的鄰居節(jié)點作為下一跳轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點，沿著較短的路徑傳輸數(shù)據(jù)。由于其使用距離貪婪轉(zhuǎn)發(fā)方式轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，不可避免的會出現(xiàn)貪婪轉(zhuǎn)發(fā)失敗的問題，轉(zhuǎn)發(fā)失敗的節(jié)點則成為了空洞節(jié)點，路由空洞節(jié)點的定義:在向目標(biāo)節(jié)點使用距離貪婪算法建立路徑時，節(jié)點會選擇位置更加接近目標(biāo)節(jié)點的鄰居節(jié)點作為下一跳轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點，但當(dāng)鄰居節(jié)點中不存在距離目標(biāo)節(jié)點更近的節(jié)點時，此節(jié)點即為空洞節(jié)點。因此空洞問題的解決機制標(biāo)志著路由協(xié)議的有效性。
[0003]高效的路由空洞處理機制對于地理位置路由協(xié)議是至關(guān)重要的，設(shè)計路由空洞處理機制時應(yīng)該盡可能做到處理空洞的傳感器節(jié)點應(yīng)盡可能地少，最好空洞節(jié)點自身就能完成對空洞的處理；路由空洞處理機制帶來的額外的能量開銷應(yīng)盡可能地少，提高能量利用率；利用少量局部網(wǎng)絡(luò)信息完成對空洞的處理，不對路由協(xié)議的可擴展性產(chǎn)生影響；盡可能地接近最短路徑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對WSNs的路由空洞問題，本發(fā)明的目的在于提供一種基于方向角度的無線傳感網(wǎng)絡(luò)路由空洞優(yōu)化方法。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是，
[0006]一種基于方向角度的無線傳感網(wǎng)絡(luò)路由空洞優(yōu)化方法，該方法步驟為:
[0007]步驟1:判斷路由空洞節(jié)點；
[0008]首先計算出每兩個節(jié)點間的距離，通常利用通信半徑確定每個節(jié)點的鄰居節(jié)點，即兩個節(jié)點間的距離小于某個數(shù)值即互為鄰居節(jié)點，每個節(jié)點都具有自身的鄰居節(jié)點集合；計算每個節(jié)點距離目標(biāo)節(jié)點的距離，目標(biāo)節(jié)點一般情況下已知，建立路徑過程中，選取下一跳節(jié)點時如果鄰居節(jié)點中不存在與本節(jié)點相比距離目標(biāo)節(jié)點更近的節(jié)點時，此節(jié)點即為空洞節(jié)點；
[0009]步驟2:以空洞節(jié)點為中心構(gòu)建方向鄰居節(jié)點集合；
[0010]以空洞節(jié)點為中心，以空洞節(jié)點與目標(biāo)節(jié)點連線的正負(fù)120度重新構(gòu)建空洞節(jié)點的方向鄰居節(jié)點集合{NodeJ，集合中元素個數(shù)為n，集合中的η個節(jié)點作為之后計算代價函數(shù)的備選節(jié)點；當(dāng)鄰居節(jié)點與空洞節(jié)點連線、空洞節(jié)點與目標(biāo)節(jié)點連線的夾角小于120度時，步驟I中根據(jù)通信半徑R所確定的空洞節(jié)點的鄰居節(jié)點屬于方向鄰居節(jié)點集合{NodeJ ;即，
[0011]當(dāng)6\..V|乞 120。時，Ni+1 e {NodeJ ；
[0012]其中，Ni為空洞節(jié)點，Ni+1為步驟I中通信半徑R所確定的空洞節(jié)點Ni的鄰居節(jié)點，為鄰居節(jié)點與空洞節(jié)點連線、空洞節(jié)點與目標(biāo)節(jié)點連線的夾角；
[0013]步驟3:計算方向鄰居節(jié)點的下一跳代價函數(shù)；
[0014]對集合中的每個節(jié)點計算代價函數(shù)，所述代價函數(shù)為:
[0015]
【權(quán)利要求】
1.一種基于方向角度的無線傳感網(wǎng)絡(luò)路由空洞優(yōu)化方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: 步驟1:使用距離貪婪算法建立到達目標(biāo)節(jié)點的路徑，判斷路由空洞節(jié)點； 設(shè)定通信半徑R，則任意兩個節(jié)點間的距離小于通信半徑R，兩個節(jié)點互為鄰居節(jié)點，每個節(jié)點都具有自身的鄰居節(jié)點集合；再計算所有節(jié)點距離目標(biāo)節(jié)點D的距離；建立路徑過程中，選取下一跳節(jié)點時如果鄰居節(jié)點中不存在與本節(jié)點相比距離目標(biāo)節(jié)點D更近的節(jié)點時，此節(jié)點即為空洞節(jié)點； 步驟2:以空洞節(jié)點為中心構(gòu)建方向鄰居節(jié)點集合； 以空洞節(jié)點為中心，以空洞節(jié)點與目標(biāo)節(jié)點連線的正負(fù)120度重新構(gòu)建空洞節(jié)點的方向鄰居節(jié)點集合{NodeJ,其中，當(dāng)鄰居節(jié)點與空洞節(jié)點連線、空洞節(jié)點與目標(biāo)節(jié)點連線的夾角小于120度時，步驟I中根據(jù)通信半徑R所確定的空洞節(jié)點的鄰居節(jié)點屬于方向鄰居節(jié)點集合(NodeJ ,即，
當(dāng)(9、、| 5 120°時，隊+1 e {NodeJ, 其中，Ni+1為步驟I中通信半徑R所確定的空洞節(jié)點Ni的鄰居節(jié)點，1、為鄰居節(jié)點與空洞節(jié)點連線、空洞節(jié)點與目標(biāo)節(jié)點連線的夾角； 集合{NodeJ中的元素個數(shù)η小于等于步驟I中按通信半徑R計算出的空洞節(jié)點的鄰居節(jié)點個數(shù)； 步驟3:計算方向鄰居節(jié)點的下一跳代價函數(shù)Ci ；
廣 L(NirD)一_ 所述代價函數(shù)f = z(~，D.)，L(NilD)表不空洞節(jié)點到目的節(jié)點的距咼，L(Ni+1, D)表示步驟2中重新確立的集合{NodeJ中的方向鄰居節(jié)點到目標(biāo)節(jié)點的距離； 通過計算集合{NodeJ的代價函數(shù)Ci,并對Ci由小到大排序后，構(gòu)建集合{CJ，再計算出中間值Cmid，用作后續(xù)劃分優(yōu)先級的閾值； 步驟4:根據(jù)下一跳代價函數(shù)Ci劃分路由下一跳節(jié)點優(yōu)先等級； 以Cmid為閾值將{NodeJ中節(jié)點的優(yōu)先級劃分為2個級別Jleveli = 1}與Ileveli =0},如果代價函數(shù)值Ci小于中間值Cmid,那么節(jié)點屬于高優(yōu)先級Ileveli = 1};否則,節(jié)點屬于低優(yōu)先級Ileveli = 0}； 步驟5:采用隨機選擇方式從高優(yōu)先級節(jié)點集合Ileveli = 1}中確定下一跳節(jié)點； 根據(jù)優(yōu)先級等級{levelj隨機選取空洞節(jié)點的下一跳節(jié)點,從步驟4中確立的高優(yōu)先級節(jié)點集合Ueveli = 1}中隨機選取空洞節(jié)點的下一跳節(jié)點； 步驟6:路徑精簡優(yōu)化，減少路徑上節(jié)點個數(shù)； 在建立路徑的過程中，對路徑上的所有節(jié)點進行由I開始的編號，源節(jié)點的編號為1，源節(jié)點的下一跳節(jié)點編號為2，緊接著的下一跳節(jié)點編號為3，以此類推，不在路徑上的節(jié)點編號為0，在建立路徑成功后進行精簡優(yōu)化，優(yōu)化原則為從源節(jié)點開始選擇鄰居節(jié)點中編號最大的節(jié)點直接作為下一跳節(jié)點，之后從下一跳節(jié)點按照同樣原則向后精簡優(yōu)化，直至目的節(jié)點，確立最終的路徑，被精簡掉的節(jié)點由于已不在最終的路徑上，編號重新置O ; 這樣，即得到了一條解決了空洞問題并滿足無線傳感器網(wǎng)絡(luò)QoS需求的路徑，即得到基于方向角度的無線傳感網(wǎng)絡(luò)路由空洞優(yōu)化方法。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于方向角度的無線傳感網(wǎng)絡(luò)路由空洞優(yōu)化方法，其特征在于，所述通信 半徑R=60，單位:米。
【文檔編號】H04W40/24GK103747498SQ201410023896
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2014年1月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月17日
【發(fā)明者】孫毅, 祁兵, 龔鋼軍, 陸俊, 武昕, 黃可心, 劉浩成 申請人:華北電力大學(xué)