[发明专利]层级型无线传感网基于语义路由进行数据转发的方法

说明书

技术领域

本发明属于无线传感网络路由技术领域，具体涉及一种层级型无线传感网基于语义路由进行数据转发的方法。 

背景技术

在无线传感器网络体系结构中，网络层的路由技术对无线传感器网络的性能好坏有着重要影响。经过国内外学者的研究，许多针对无线传感器网络的路由协议被提了出来。从网络拓扑结构的角度，这些协议大体的可以分为两类：平面路由协议和分簇路由协议。 

在平面路由协议中，所有网络节点的地位是平等的，不存在等级和层次差异。它们通过相互之间的局部操作和信息反馈来生成路由。在这类协议中，目的节点(sink)向监测区域的节点(source)发出查询命令，监测区域内的节点收到查询命令后，向目的节点发送监测数据。平面路由的优点是简单、易扩展，无须进行任何结构维护工作，所有网络节点的地位平等，不易产生瓶颈效应，因此具有较好的健壮性。典型的平面路由算法有DD(directed diffusion)，SAR(sequential assignment routing)，SPIN(sensor protocols for information via negotiation)，Romor Routing等。平面路由的最大缺点在于：网络中无管理节点，缺乏对通信资源的优化管理，自组织协同工作算法复杂，对网络动态变化的反应速度较慢等。 

在平面型模型中，网络配置比较简单，所有节点的地位是平等的，原则上不存在瓶颈问题，其缺点是可扩展性差；另外，平面模型中的路由协议需要每个节点维持路由表，每一个结点都需要知道到达其它所有结点的路由，因此在大规模网络中，这会消耗节点上大量的存储空间，同时随着网络能量状态变化，路径信息的频繁变化也会造成大量的路由更新计算和路由更新通信，另外由于发送信息中包含了大量路由信息，因此会引起网络中通信负担的加重。综上所述平面型模型在网络总体能耗方面缺陷比较明显。 

在分簇路由协议中，网络通常被划分为簇。所谓簇，就是具有某种关联的网络节点集合。每个簇由一个簇首和多个簇内成员组成，低一级网络的簇首是高一级网络中的簇内成员，由最高层的簇首与基站BS(base station)通 信。这类算法将整个网络划分为相连的区域。在分簇的拓扑管理机制下，网络中的节点可以划分为簇首节点和成员节点两类。在每个簇内，通过一定的机制选取某个节点作为簇首，用于管理或控制整个簇内成员节点，协调成员节点之间的工作，负责簇内信息的收集和数据的融合处理以及簇间转发。 

分簇路由机制具有以下几个优点：1.成员节点大部分时间可以关闭通信模块，由簇首构成一个更上一层的连通网络来负责数据的长距离路由转发。这样既保证了原有覆盖范围内的数据通信，也在很大程度上节省了网络能量；2.簇首融合了成员节点的数据之后再进行转发，减少了数据通信量，从而节省了网络能量；3.成员节点的功能比较简单，无须维护复杂的路由信息。这大大减少了网络中路由控制信息的数量，减少了通信量；4.分簇拓扑结构便于管理，有利于分布式算法的应用，可以对系统变化作出快速反应，具有较好的可扩展性，适合大规模网络；5.与平面路由相比，更容易克服传感器节点移动带来的问题。本发明因此而来。 

发明内容

本发明目的在于提供一种层级型无线传感网基于语义路由进行数据转发的方法，解决了现有技术中普通的无线传感器网络路由数据传输带来的诸多问题。 

为了解决现有技术中的这些问题，本发明提供的技术方案是： 

一种层级型无线传感网基于语义路由进行数据转发的方法，所述层级型无线传感网为语义网络，其特征在于所述方法包括以下步骤： 

（1）数据采集周期内簇内成员节点采集数据； 

（2）成员节点对采集的数据进行处理，并将采集的数据与预设的阈值比较；如果大于阈值则将采集的数据上传簇头节点；否则丢弃数据等待下一数据采集周期进行采集数据； 

（3）成员节点根据采集的数据判断语义所属类型，构建数据相关的语义框架，将节点所包含的语义要素写入到语义框架中；然后成员节点用生成的语义框架进行数据分组构造，将构造好的数据分组将直接转发给簇头节点； 

（4）簇头节点在一个数据采集周期内，根据本簇成员节点上传的数据 分组，提取数据进行数据融合；根据数据融合的结果判定事件是否发生以及判断是否需要上传转发有关事件的数据分组； 

（5）簇头节点判断语义所属类型，构建事件语义框架，将本簇发生事件所包含的语义要素写入到事件语义框架中；然后簇头节点用生成的事件语义框架进行数据分组构造，构造好的数据分组将直接经路由表注入网络中。