[发明专利]针对无线传感器网络的低功耗定向广播方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种无线传感器网络的定向广播策略。

背景技术

无线传感器网络能量有限是制约无线传感网络的一个最为重要的因素，一旦能量耗尽就意味着节点失效，可能造成数据的丢失或者无法传递，由于无线传感器网络经常工作在环境恶劣或者是比较危险的探测区域，所以更换电池非常困难。

近年来电池硬件的研究进展比较缓慢，研究人员逐渐把方向转换为对网络路由协议的研究，传统的AODV协议机制在AODV协议中需要建立路由时，源节点首先广播一个路由请求(Route Request,RREQ)分组。中间节点收到RREQ时，首先根据该RREQ提供的信息建立到上一跳的反向路由，接着查找自己的路由表，如果发现有到目的节点的有效路由,那么通过反向路由传送路由应答(Route Replay,RREP)分组。如果没有发现到目的节点的有效路由，那么就将收到的RREQ广播给邻居节点，直到该RREQ到达目的节点，由目的节点生成RREP，并沿着已经建立起来的反向路由传给源节点。如图8所示，0号节点是源节点，11号节点是目的节点。0号节点发送请求报文RREP以建立它到11号节点的路由，直至11号目的节点收到请求报文才向0号源节点发起回复报文RREQ，最终建立的路径是{0,7,10,11}。当同一个路由请求报文RREQ有若干不同的回复报文RREP时，源节点将根据所有回复报文RREP中标记的目的节点序列号，选取RREP中标记的目的节点序列号是最大的作为回复报文，或者在RREP中标记目的节点序列号相同时，选取RREP中跳数最小的作为回复报文，从而根据回复报文建立路由。

无线传感器网络能量问题已经成为现今的研究热点与难点，传统的无线传感器网络路由发现策略采用的是AODV协议，AODV协议通过向全网广播路由请求报文来建立路由，但在已知目的节点的方向的基础上，会形成一些不必要的广播。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可以提高无线传感器网络的很多网络性能的针对无线传感器网络的低功耗定向广播方法。

本发明的目的是这样实现的：

第一步：初始化网络拓扑

无线传感器节点在部署完毕后，根据从sink节点已知的坐标信息，进行坐标转换，确定目的节点在以当前工作节点为坐标原点的坐标系中的位置，以此方向为x轴的正方向，确定工作节点的坐标系；

第二步：划分扇形区域

根据已经确定的x轴方向以x轴为角平分线以2/3π为顶角确定传感范围的一个扇形，均分另两个扇形；

第三步：确定传感半径

根据得到的扇形，在每个扇形中通过增大传感半径即增大传输功率的方法搜寻邻居节点，使得每个扇形至少存在一个邻居节点，将邻居节点根据所在扇形进行编号，将编号信息插入到数据包当中；

第四步：定向广播

在路由发现过程中应用定向广播，对已经标记好定向扇形编号的节点接收到源节点广播的RREQ消息，消息中包括的节点IP地址、能量信息、扇形编号、广播类型相关信息，进行写入节点信息处理，收到源节点广播包却不属于定向扇形的节点将收到的广播包进行丢包处理，判断方法依据转发节点判据；

第五步：路由发现

接收到RREQ消息的节点判断自己是否为目的节点，如果不是目的节点，则进行第一步到第四步的重复迭代过程从而构建路由，如果是目的节点则路由构建成功，沿着所构建路由的反方向进行传输数据操作。

本发明是基于无线传感器网络路由协议为AODV的协议改进的技术研究，设计了一种定向广播的路由发现算法（DB_AODV），该方法具有以下优点：

（1）DB_AODV协议相比传统的AODV协议在分组投递率有很大的提高，组投递率是一个描述网络质量的指标，用于表示在一定时间内从源节点发送出来的数据包可成功传输至目的节点的比率。在实验中通过改变拓扑结构的规模来测试加入定向广播算法的AODV协议与通用协议的性能（见图5）。