[发明专利]基于位置信息的无线自组织与传感网多路径单播方法

说明书

技术领域

本发明属于无线自组织与传感器网络协议技术领域，具体涉及一种无线自组织与传感器网络中的多路径方法。在由可充电节点和不可充电节点组成的无线自组织与传感器网络中，该方法利用节点位置信息生成可支持节点动态休眠的栅格网络结构，并根据各个栅格工作节点属性及其剩余能量设置栅格代价，在此基础上，寻径多条高能效路径，实现多路径单播通信，以期均衡网络节点能耗、延长网络生命期。

背景技术

近些年来，无线多跳网络（无线传感器网络、移动Ad hoc网络、无线mesh网络等）领域的相关技术得到了学术界和工业界的广泛关注，并取得了迅猛的发展。

在这一领域的诸多研究方向中，尽可能的延长无线传感器网络的工作寿命成为无线传感器网络设计中的关键问题之一。由于受到成本和体积等因素的限制，大多数普通无线传感器网络节点的电池容量都十分有限且无法得到补充。为提高无线传感器网络的寿命，通过在网络中布设一部分可充电节点（如具备太阳能电池的网络节点），并设计能量高效型网络协议以利用这些节点分担较多的通信任务，在许多应用环境中收到了良好的效果，成为一种被人们普遍接受的提高网络寿命解决方案。

节能单播通信是实现高效无线自组织与传感网组网、延长网络寿命的一种重要方法。本发明结合节点位置信息、网络中存在的可充电节点，动态调节节点休眠，根据节点属性和代价设置栅格代价，选择性能优化的多路径，以期达到优化单播性能和延长网络寿命的目的。

发明内容

本发明涉及一种基于位置的无线自组织与传感网的多路径单播方法。该方法主要用于在由可充电和不可充电两类节点组成的无线自组织与传感网中，首先基于节点位置信息构造栅格网络结构，并根据各个栅格内的节点属性及剩余能量设置栅格代价值，然后基于栅格网络寻找连接信源s和信宿t的高能效多路径，以支持数据的多路径传输，均衡网络中的业务负载和能量消耗。

令G(V,E)代表网络图，其中V(G)代表节点的集合、E(G)代表网络中边的集合；图中两个节点x∈V(G)和y∈V(G)-{x}之间的距离记做d_xy，如果满足d_xy≤R，则称边(x,y)∈E(G)，“-”代表集合的减法运算，每个节点配备一套全向天线，R代表节点的最大传输半径；对一个节点x,N(x)代表节点x的一跳邻居节点集合，其中x∈V(G)，对于y∈N(x)，有(x,y)∈E(G)；网络在二维平面上部署，网络中的节点包含可二次充电节点和不可二次充电节点，可二次充电节点可以通过太阳能、机械方式等手段从自然界获取能量并转化为电量，可二次充电节点集合记做A，不可二次充电节点由电池供电，该节点集合记做B，A+B=V(G)，其中“+”代表集合的加法运算或称合并运算；对于一个节点u∈B，E_u代表其剩余能量。

本方法执行过程要求每个节点具备自己的位置信息及其能量剩余信息、每个邻居节点的位置信息、当前剩余能量信息。

所述方法中基于节点位置的栅格网络结构生成方法具体如下：

1)任意选择或指定栅格网络结构的坐标原点O；

2)基于坐标原点O位置，把二维平面划分由一个个边长为r的小正方形组成的格状结构，每个小正方形称作一个栅格；划分过程中r必须满足≤在此条件下，两个相邻的栅格中任意位置的节点都可以直接通信；其中：若则只有存在公共边的两个栅格是相邻栅格，若则存在公共顶点或公共边的栅格都是相邻栅格，其中R为节点的最大传输半径；

3)如果一个栅格内存在可充电节点，则只需要可充电节点处于工作状态，其他节点睡眠，且不需要轮换；否则，只需要剩余能量最高的节点保持工作状态，其他节点睡眠；睡眠节点定期醒来与本栅格内工作节点通信以收/发数据；对于不存在可充电节点的栅格，其工作节点每隔T时间轮换一次，每次轮换，总是选择当前剩余能量最高的节点担任工作节点；每次工作节点轮换，则当前工作节点将向下一个工作节点移交所有状态信息；各个栅格内的工作节点可以根据自己的位置坐标，计算自己所在的栅格以及每个邻居节点所在的栅格，因此每个节点都知道同属同一栅格的所有节点；

4）各个栅格结合本栅格内部节点属性及其剩余能量设定栅格代价。

所述方法中栅格代价设置方法为：如果一个栅格内存在至少一个可充电节点，则该栅格代价为0；否则，一个栅格的代价是该栅格内当前工作节点剩余能量的倒数。

所述方法中基于栅格网络结构的高能效多路径寻径方法为：