CN102083167A - 一种基于查询的多汇聚节点无线传感器网络路由方法 - Google Patents

一种基于查询的多汇聚节点无线传感器网络路由方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102083167A
CN102083167A CN2011100568035A CN201110056803A CN102083167A CN 102083167 A CN102083167 A CN 102083167A CN 2011100568035 A CN2011100568035 A CN 2011100568035A CN 201110056803 A CN201110056803 A CN 201110056803A CN 102083167 A CN102083167 A CN 102083167A
Authority
CN
China
Prior art keywords
node
routing
sink
wireless sensor
network
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN2011100568035A
Other languages
English (en)
Inventor
赵壮
高雪
王钦
王江
张锦刚
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wuxi Ubisensing Internet Of Things Technology Co Ltd
Original Assignee
Wuxi Ubisensing Internet Of Things Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wuxi Ubisensing Internet Of Things Technology Co Ltd filed Critical Wuxi Ubisensing Internet Of Things Technology Co Ltd
Priority to CN2011100568035A priority Critical patent/CN102083167A/zh
Publication of CN102083167A publication Critical patent/CN102083167A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Landscapes

  • Data Exchanges In Wide-Area Networks (AREA)

Abstract

一种多汇聚节点无线传感器网络中基于查询的路由方法，属于无线网络协议技术领域。主要用于减少无线传感器网络节点建立和维护路由的能量开销，以达到节约全网能量消耗的目的。具体方法是使每个sink节点动态更新一个最佳覆盖范围值Cs，只将查询任务以interest的形式发布给最佳覆盖范围内的节点，建立和维护一个以自身为中心的较小的路由树。未包含在树内的传感器节点采用按需路由方式，在有数据传输需要时才寻求建立一条连接到该路由树的路由。本发明可以减少网络维护过多路由带来的开销，更适用于链路状态多变的网络环境。

Description

一种基于查询的多汇聚节点无线传感器网络路由方法
技术领域
本发明属于无线网络协议技术领域，具体涉及一种多汇聚节点的无线传感器网络中基于查询的路由机制。
背景技术
近年来，无线传感器网络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。
由于受到成本和体积等因素的限制，无线传感器网络节点的处理能力、无线带宽和电池容量都十分有限。同时，节点的能量在大多数的情况下是无法得到补充的。因此，为提高无线传感器网络的寿命，节约能量消耗成为研究的重点问题。
典型的无线传感器网络如图1所示的，由传感器节点（图中空心圆点表示）和汇聚（sink）节点（图中以实心圆点表示）组成，传感器节点负责数据的采集和传输，sink节点负责汇总网络中传感器节点发来的数据，同时也是网络的控制节点，对网络中的传感器节点进行管理。网络中可以存在一个或多个sink节点。在大规模或多任务的传感器网络中，多sink节点是一种较为合理的组网方式。
无线传感器网络以监测区域和感知数据为目的，数据流主要从传感器节点流向sink节点。以数据为中心形成数据转发路径是一种适合无线传感器网络的路由机制，基于查询的路由协议即是基于这一机制的。以典型的基于查询的路由机制定向扩散（Directed diffusion, DD）为例：Sink节点通过兴趣信息（interest）发出查询任务，泛洪传播兴趣信息给网络中的传感器节点。兴趣信息传播的同时，协议逐跳地在每个传感器节点上建立从数据源到sink的反向传输路径。随后，传感器节点将采集到的数据沿该路径传送给sink节点。整个路由可以分为周期性的兴趣扩散，数据传输路径建立和路径加强三个阶段，能量和时间的开销比较大。
然而，环境干扰等诸多不确定因素常常会造成无线传感器网络拓扑的改变，甚至使已建立的链路失效。传统的基于查询的路由机制在建立路由时开销较大，则链路失效越频繁，协议所造成的能量和时间的浪费也相应的越大。这一缺点在多sink节点的网络环境中更为突出。由于节点移动、节点故障及新加入节点等因素，某个sink节点周围网络的实际情况可能会发生巨大的变化。因而，从某sink节点出发建立遍及全网的路由这一方式已不再适合链路时变的网络环境。
发明内容
本发明是针对链路时变的网络环境，在基于查询的路由机制基础上提出的一种减少能量开销的多sink节点无线传感器网络路由方法。
本发明的技术方案是：在多sink节点无线传感器网络中，每个sink节点通过动态更新的最佳覆盖范围值Cs，只将查询任务以interest报文的形式发布给最佳覆盖范围内的节点，建立和维护一个以自身为中心的小的路由树；而路由树以外的传感器节点采用按需路由方式，在有数据传输需要时才寻求建立一条连接到该路由树的路由。
通过这种机制，可以减少网络建立和维护过多路由带来的开销，能够达到节约全网能量消耗的目的，从而更适用于链路状态多变的网络环境。
附图说明    
图1 是多sink节点无线传感器网络的示意图。
图2 按照本发明，以一个sink节点为中心建立路由的示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施实例对本发明作进一步的说明。
本发明是在多sink节点无线传感器网络中，限定每个sink节点的interest发布范围来建立和维护一个以sink为中心的较小的路由树，从而减少网络建立和维护过多路由所带来的开销，以更适用于链路状态多变的网络环境。
当各sink节点以interest形式发布查询任务时，将依据其最佳覆盖范围值（记作Cs值）来确定interest的发送范围。在本发明中，以跳数为度量单位来计算Cs，Cs = n代表interest将覆盖n跳的范围并（最多）只被转发n次。在interest被转发的同时，其经过的节点建立并维护相应的反向路径，从而形成一个以sink为中心的路由树。网络中存在于该树以外的传感器节点采用按需路由方式，在有数据传输需要时才寻求建立一条连接到该路由树的路由。
最佳覆盖范围值(C s )的动态更新：Cs规定了sink节点转发interest的范围，由跳数表示。Cs=n代表interest将只被转发n次。由于节点移动、节点故障及新加入节点等因素，sink节点周围网络的规模可能会发生巨大的变化。一个静态的Cs值无法更好的适应这种时变的网络环境。因此，在本发明中，Cs 的值是动态更新、可反映网络规模变化的。其获得过程如下：
在首次路由建立时，sink节点将采用Cs预设的初始值来发起路由建立过程；之后，sink节点将在首次路由建立后的数据传输过程中，获取对自身周围网络规模的估计值（记做S）。这一估计值S是以sink距离各个数据来源节点的平均跳数来度量的。首次路由建立后，下一次路由建立开始前，sink节点将记录它所获得的数据包在到达前所经历的跳数，并求出平均值。之后，以该平均值作为对该sink节点周围的实际网络规模的估计值S。
在得到sink节点周围网络规模的估计值S后，sink节点只需简单地将该估计值S与一个覆盖比例M乘数的乘积获得最佳覆盖范围值Cs，即如公式                                                表示的那样。
以sink节点为中心的路由树的建立：sink节点周期性的发起路由建立过程。依据不同的Cs值，sink节点将建立以其自身为中心的规模不一的路由树。在interest报文转发的过程中，每个节点建立起对应该interest报文的表项。同时根据interest报文所携带的路径信息建立起从源节点到sink节点的反向数据传输路径。
路由树外节点的按需路由：在sink节点建立起以自身为中心的路由树后，当未被该树所包含的节点有数据传输需求时，节点自身将发起路由建立请求。如果在节点通信范围内有节点属于已建立的路由树，则节点直接向该节点发送路由建立请求。如果在节点通信范围内没有节点属于路由树，但曾有节点进行过数据传输，则节点直接向该节点发送路由建立请求。如果未监听到自身通信范围内有节点曾进行过数据传输，则节点对周围邻居节点进行泛洪以建立路由。由于网络中存在多个sink节点以自身为中心所建立起来的路由树，泛洪的路由请求只需到达任何一个属于某路由树的节点即可建立路由。因此泛洪的代价远远小于传统基于查询路由泛洪interest的开销。而一旦路由建立，该节点以及该路由所经过的节点的数据包传输行为必然会被其邻居所监听到。则它们的邻居节点若想建立路由，即可直接向这些节点发送路由建立请求。
具体实施举例：假定附图2是以某个sink节点为中心的无线传感器网络的一部分。首次路由建立时，取Cs=5为初始值。M=40%。由于Cs=5，则首次路由建立时，interest报文在五跳内传播，从而覆盖了该部分所有节点，如图中所显示的外层虚线圆所示。在该次路由建立后的数据传输过程中，sink有机会获知其周围实际的网络规模。于是在下次建立路由时，Cs更新为2，从而interest报文在两跳范围内传播，并建立路由树，如内层虚线圆所示。建立路由后，未被包含在路由树中的节点B、C及D都将根据既定的规则，按需发起路由建立过程，并经由A建立路由，完成数据传输。

Claims (4)

1.一种基于查询的多汇聚节点无线传感器网络路由方法，其特征在于：在一个具有多个汇聚（sink）节点的无线传感器网络中，每个sink节点通过动态更新的最佳覆盖范围值（Cs），只将查询任务以interest的形式发布给最佳覆盖范围内的节点，建立和维护一个以自身为中心的较小的路由树；而该范围以外的传感器节点采用按需路由方式，在有数据传输需要时才寻求建立一条连接到该路由树的路由。
2.根据权利要求1 所述的基于查询的多汇聚节点无线传感器网络路由方法，其特征在于：所述的最佳覆盖范围值Cs的计算方法是，首先以sink距离各个数据来源节点的平均跳数来获取对该sink周围实际网络环境的估计，再以该估计值与一个覆盖比例乘数的乘积获得最佳覆盖范围值。
3.根据权利要求1 所述的基于查询的多汇聚节点无线传感器网络路由方法，其特征在于：依据不同的Cs值，sink节点将建立以其自身为中心的规模不一的路由树，在interest转发的过程中，每个节点建立起对应该interest信息的表项，同时根据interest所携带的路径信息建立起从源节点到sink节点的反向数据传输路径。
4.根据权利要求1 所述的基于查询的多汇聚节点无线传感器网络路由方法，其特征在于：当未被包含在路由树中的节点发起按需路由过程时，如果在节点通信范围内有节点属于已建立的路由树，则节点直接向该节点发送路由建立请求；如果在节点通信范围内有节点曾经进行过数据传输，则节点直接向该节点发送路由建立请求；如果未监听到自身通信范围内有节点曾进行过数据传输，则节点对周围邻居节点进行泛洪以建立路由。
CN2011100568035A 2011-03-10 2011-03-10 一种基于查询的多汇聚节点无线传感器网络路由方法 Pending CN102083167A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2011100568035A CN102083167A (zh) 2011-03-10 2011-03-10 一种基于查询的多汇聚节点无线传感器网络路由方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2011100568035A CN102083167A (zh) 2011-03-10 2011-03-10 一种基于查询的多汇聚节点无线传感器网络路由方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN102083167A true CN102083167A (zh) 2011-06-01

Family

ID=44088870

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2011100568035A Pending CN102083167A (zh) 2011-03-10 2011-03-10 一种基于查询的多汇聚节点无线传感器网络路由方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102083167A (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103002535A (zh) * 2012-11-30 2013-03-27 广东工业大学 一种基于查询的多汇聚节点无线传感器网络路由方法
CN103037435A (zh) * 2012-12-21 2013-04-10 南京邮电大学 一种无线传感器网络路由协议
CN103716783A (zh) * 2013-12-12 2014-04-09 河海大学 基于兴趣和地址组合的无线传感器网络数据查询算法
CN104333883A (zh) * 2014-10-16 2015-02-04 南京邮电大学 一种改进的无线传感器网络能量多路径路由方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008118645A (ja) * 2006-10-31 2008-05-22 Hitachi Ltd モバイルシンク、モバイルシンクを有する無線センサーネットワーク
CN101277264A (zh) * 2008-05-13 2008-10-01 武汉理工大学 无线传感器网络中基于蚁群算法的定向扩散方法
CN101355496A (zh) * 2008-08-12 2009-01-28 武汉大学 基站发起的多跳分簇路由协议
CN101827422A (zh) * 2010-04-19 2010-09-08 无锡泛联软件科技有限公司 移动无线传感器网络简易数据收集方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008118645A (ja) * 2006-10-31 2008-05-22 Hitachi Ltd モバイルシンク、モバイルシンクを有する無線センサーネットワーク
CN101277264A (zh) * 2008-05-13 2008-10-01 武汉理工大学 无线传感器网络中基于蚁群算法的定向扩散方法
CN101355496A (zh) * 2008-08-12 2009-01-28 武汉大学 基站发起的多跳分簇路由协议
CN101827422A (zh) * 2010-04-19 2010-09-08 无锡泛联软件科技有限公司 移动无线传感器网络简易数据收集方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
《硕士学位论文》 20091231 左睿 "无线传感器网络分簇路由协议研究" 第1,9,12-13,63页 1-4 , *
左睿: ""无线传感器网络分簇路由协议研究"", 《硕士学位论文》 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103002535A (zh) * 2012-11-30 2013-03-27 广东工业大学 一种基于查询的多汇聚节点无线传感器网络路由方法
CN103037435A (zh) * 2012-12-21 2013-04-10 南京邮电大学 一种无线传感器网络路由协议
CN103037435B (zh) * 2012-12-21 2015-01-28 南京邮电大学 一种无线传感器网络路由协议
CN103716783A (zh) * 2013-12-12 2014-04-09 河海大学 基于兴趣和地址组合的无线传感器网络数据查询算法
CN103716783B (zh) * 2013-12-12 2017-01-04 河海大学 基于兴趣和地址组合的无线传感器网络数据查询算法
CN104333883A (zh) * 2014-10-16 2015-02-04 南京邮电大学 一种改进的无线传感器网络能量多路径路由方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Gaber et al. Trust-based secure clustering in WSN-based intelligent transportation systems
Bhatia et al. A genetic algorithm based distance-aware routing protocol for wireless sensor networks
Yadav et al. A review on energy efficient protocols in wireless sensor networks
Shi et al. DDRP: an efficient data‐driven routing protocol for wireless sensor networks with mobile sinks
CN102594926B (zh) 异构无线p2p网络文件共享***及加速文件传输方法
Mittal et al. A survey on energy-aware wireless sensor routing protocols
CN104168620A (zh) 无线多跳回传网络中的路由建立方法
CN103118412A (zh) Ad Hoc网络中基于信任的按需多路径矢量路由算法
Shi et al. An efficient distributed routing protocol for wireless sensor networks with mobile sinks
Tang et al. Gossip‐based scalable directed diffusion for wireless sensor networks
Esmaeeli et al. Improving energy efficiency using a new game theory algorithm for wireless sensor networks
CN102083167A (zh) 一种基于查询的多汇聚节点无线传感器网络路由方法
Chaudhary et al. A Tutorial of routing protocols in wireless sensor networks
Wu et al. An energy efficient cluster-head rotation and relay node selection scheme for farmland heterogeneous wireless sensor networks
Aetesam et al. A comparative analysis of flat, hierarchical and location-based routing in wireless sensor networks
CN101969681A (zh) 大规模移动自组织网络路由的实现方法
Liu et al. A Position Sensitive Clustering Algorithm for VANET.
CN112689275B (zh) 一种用于ble网格网络的新型非均匀功率形成方法
Minhas et al. Energy efficient multicast routing protocols for wireless sensor networks
Sobti A comparative study on network structure based routing protocol and its variants in wireless sensor networks: a survey
Shelke et al. Energy saving techniques in wireless sensor networks
Chakraborty et al. Evaluation of wireless sensor network routing protocols with respect to power efficiency
Yadav et al. Cluster based routing schemes in wireless sensor networks: A comparative study
Elleuchi et al. Tree based routing protocol in WSNs: A comparative performance study of the routing protocols DEEC and RPL
Chiu et al. The adaptive routing algorithm for linked-list wireless network with wormhole mechanism

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20110601