CN102665252A - 一种无线传感网地理位置路由空洞处理方法 - Google Patents

一种无线传感网地理位置路由空洞处理方法 Download PDF

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江禹生
樊宇
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Abstract

本发明涉及一种无线传感网地理位置路由空洞处理方法。它包括以下步骤：1、判断空洞节点：节点查看hole位是否含有空洞节点信息；2、判断目的节点：在节点的邻居节点中寻找目的节点，若存在目的节点，数据分组传送至目的节点；3、判定路由节点：在的两跳节点集选距离目的节点最近的非空洞节点，然后在一跳节点集中找出到两跳节点代价最小的节点，将该一跳节点和该两跳节点作为路由节点；、4、确认空洞节点：在步骤3中，一跳节点集中没有找到两跳节点代价最小的节点，则节点为空洞节点，修改节点的hole参数为空洞节点信息，发送hello消息给邻居节点。本发明的优点是：能避免原路由空洞节点与新空洞节点之间相互选择，节省网络中的节点的能量。

Description

一种无线传感网地理位置路由空洞处理方法
技术领域
本发明涉及一种无线传感器网络通讯技术领域，具体涉及一种无线传感网地理位置路由空洞处理方法。
背景技术
在数据分组传送目标区域的过程中，分为数据分组发往目标区域和目标区域内散布数据分组2个阶段。在数据分组发往目标区域过程中，基于地理位置信息和能量感知的路由协议GEAR(Geographical and Energy Aware Routing)利用地理位置信息和能量作为选择路径的标准，选择最佳路径，将数据传送到目标区域，被认为是目前解决能量和处理资源严重受限的无线传感器网络中最有效的路由协议之一。
无线传感器网络***模型中，假设每个节点都是静止的，并能通过GPS或者其他一些技术获得节点自己的剩余能量信息，每个数据分组都指定了目的地的地理位置。节点N转发数据分组，其目标区域的中心节点为T(称为目标节点)，GEAR 路由协议的执行流程如图1所示，包括以下步骤：
1）、节点N遍历本节点的邻居节点列表，判断实际代价比节点N小的邻居节点                                                
Figure 504040DEST_PATH_IMAGE001
是否存在；
2）、若邻节点中实际代价比节点N小的节点
Figure 483497DEST_PATH_IMAGE001
存在，判断节点
Figure 263234DEST_PATH_IMAGE001
中是否存在目标节点T，判断结果为是，则数据分组传送结束；判断结果为否，则将节点
Figure 471493DEST_PATH_IMAGE001
作为下一跳转发数据分组；
3）、若节点N 的所有邻居节点到目标节点T的实际代价都比节点N大，则N 为空洞节点，此时节点N 选取邻节点中实际代价次最小的节点
Figure 2012101819976100002DEST_PATH_IMAGE002
，判断节点
Figure 348182DEST_PATH_IMAGE002
中是否为目标节点T，判断结果为是，则数据分组传送结束；判断结果为否，则将节点
Figure 983694DEST_PATH_IMAGE002
作为下一跳转发数据分组，这样数据分组的传送避免了空洞节点N。
如果节点N 没有其邻居节点的实际代价
Figure 250727DEST_PATH_IMAGE003
值，则使用估计代价作为
Figure 316205DEST_PATH_IMAGE003
的缺省值。
邻居节点的估计代价计算公式如下：
Figure 985083DEST_PATH_IMAGE005
                    
为N的邻居节点到目标节点T的估计代价；
a为比可调权值参数；
Figure 608143DEST_PATH_IMAGE007
为节点
Figure 345155DEST_PATH_IMAGE002
到目标节点T距离归一化取值；
Figure 2012101819976100002DEST_PATH_IMAGE008
为节点N到目标节点T的距离；
Figure 743906DEST_PATH_IMAGE009
为N的邻居节点到T节点最大的值；
Figure 2012101819976100002DEST_PATH_IMAGE010
为节点剩余能量归一化取值；
Figure 477693DEST_PATH_IMAGE011
为节点N的已消耗能量；
为N的邻居节点
Figure 565866DEST_PATH_IMAGE002
中已消耗的最大能量。
如图2图所示，假设节点均匀分布在矩形区域，且单位距离节点数据传送能量代价为1。有数据分组从节点S到目标节点T，C到T到距离最短，节点C是S到节点T的最优路由节点，但是由于G、H、L、M节点为无效节点，节点C出现路由空洞。
针对路由空洞问题，节点C选择其附近最小代价节点B（或者D）作为次最优路由。当再次有数据从节点S传送至目标节点T时，选择最小能量路径为B-A-J-K-T路径。GEAR协议查询数据方法可以在一定程度上减少路由空洞的产生。
但是经能量代价优化获得的路径，经过一段时间后，若原路由空洞节点成为新空洞节点的邻居节点中代价次最小节点，则会出现选择原来空洞节点作为下一跳，反复形成先前的路由空洞问题。如图1所示，C节点为原路由空洞节点，经过一段时间后，节点B也成为了路由空洞节点，由于节点C与节点B 的实际代价值大小相近，所以节点B有可能会选择C作为下一跳节点，而重复出现了之前的路由空洞问题。这时需要在两个节点间多次循环作为下一跳，才能跳出路由空洞区域，会造成大量不必要的能量损耗。
发明内容
本发明所要解决的技术问题就是提供一种无线传感器网络路由空洞处理方法，它能避免原路由空洞节点与新空洞节点之间相互选择，节省网络中的节点的能量。
本发明所要解决的技术问题是通过这样的技术方案实现的，它包括以下步骤：
步骤1、判断空洞节点：节点查看hole位是否含有空洞节点信息，如果hole位为空洞节点信息，则在节点的邻居节点中选取非空洞节点承接数据分组；
步骤2、判断目的节点：在节点的邻居节点中寻找目的节点，若存在目的节点，数据分组传送至目的节点；
步骤3、判定路由节点：在邻居节点中不存在目的节点的情况下，在节点的两跳节点集选距离目的节点最近的非空洞节点，然后在一跳节点集中找出到两跳节点代价最小的节点，将该一跳节点和该两跳节点作为路由节点；
步骤4、确认空洞节点：在步骤3中，一跳节点集中没有找到两跳节点代价最小的节点，则节点为空洞节点，修改节点的hole参数为空洞节点信息，发送hello消息给邻居节点，并转入步骤1中。
在上述步骤2中，包括以下步骤：
（1）、在一跳邻居节点中寻找目的节点，若存在目的节点，数据分组传送至目的节点；
（2）、在一跳邻居节点不存在目的节点的情况下，在两跳邻居节点中寻找目的节点，若存在目的节点，在一跳节点集中找出到目的节点代价最小的节点作为数据传输的路由节点；
（3）、在两跳邻居节点中存在目的节点的条件下，但在一跳节点集中没有找出到目的节点代价最小的节点，则节点为空洞节点，修改节点的hole参数为空洞节点信息，发送hello消息给邻居节点，并转入步骤1中；
在两跳邻居节点中不存在目的节点时，则流程进入所述步骤3。
由于本发明在步骤1中首先判断节点hole位是否含有空洞节点信息，同时在步骤1和步骤3中依据邻居节点列表可以判定邻居节点的空洞节点，由此确定非空洞节点，避开了该路由空洞节点而选择更合适的路由节点，从而避免了原路由空洞节点与新空洞节点之间相互选择，节省了网络中的节点的（或者改为空洞区域周围节点的）能量。另外，在步骤4中确认了本节点为空洞节点时，则更新节点的hole参数，并发送hello消息给邻居节点，使邻居节点的信息记录得以更新，这样随时间的改变，各节点的变化状态能及时准确地记录，保证路由节点选择的正确性。
附图说明
本发明的附图说明如下：
图1为现有GEAR 路由协议的流程图；
图2为现有GEAR路由空洞节点的示意图；
图3为本发明的流程图。
具体实施方式
下面结合附图详细描述本发明的具体实施方式。
每个节点建立有邻居节点列表，该表记录其两跳范围内邻居节点的信息，包括距离本节点一跳的邻居节点集S( N )-1和两跳的节点集S( N)-2的位置信息、能量信息和路由空洞信息，其中路由空洞信息设为hole数位；节点通过hello消息的方式获取邻居节点信息。节点需要通过两次信息交换，分别将自己及其一跳的邻居节点信息广播给节点的一跳邻居节点。
假设当前节点为N，转发数据分组到目的节点是T，本发明的流程图如图3所示：
在步骤S01，处理过程开始；
在步骤S02，节点N通过选择路径，欲将数据分组传送到节点T；
在步骤S03，根据N节点的hole数位信息（如设置为1，作为空洞节点）判断节点N是否为空洞节点；如果步骤S03判断为“是”，则执行步骤S04，节点N在自己一跳邻居节点集S( N )-1中寻找替换的非空洞节点Nˊ，节点N将数据分组送入节点Nˊ，用节点Nˊ替代节点N传送数据（即N= Nˊ）；如果步骤S03判断为“否”， 处理过程进行到步骤S05；
在步骤S05，判断节点N的邻居节点是否存在目的节点T，如果步骤S05的判断为“是”， 节点N将数据分组传送至T，流程结束；如果步骤S05的判断为“否”，则进行下一步骤S06；
在步骤S06，节点N的两跳节点集S(N)-2选择距离目的节点T最近的非空洞节点J，然后进入步骤S07；
在步骤S07，在一跳节点集S( N )-1中寻找到两跳节点J代价最小的节点M，即C(N,M)+C(M,J)最小，这种判断有两种结果：
第一种判断结果是S( N )-1中存在节点M，则一跳节点M和该两跳节点J作为路由节点，数据分组从N传送至M，再由M传送至J；此后，节点J相当于步入了节点N的环节（即N= J），循环运行本流程；
第二种判断结果是S( N )-1中不存在节点M，则节点N确定为空洞节点，此时修改N节点的hole参数为空洞节点信息，发送hello消息给邻居节点，并则执行步骤S04，即一跳邻居节点中寻找替换的非空洞节点Nˊ，用节点Nˊ替代节点N传送数据。
步骤S05可细分以下三个步骤：
在步骤S05-1，判断节点N的一跳邻居节点S( N )-1是否存在目的节点T，如果判断结果为“是”， 节点N将数据分组传送至T，流程结束；如果判断结果为“否”，则进行下一步骤S05-2；
在步骤S05-2，判断节点N的两跳邻居节点S( N )-2是否存在目的节点T，如果判断结果为“是”， 则进行下一步骤S05-3；
在步骤S05-3，在一跳节点集S( N )-1中寻找到目的节点T代价最小的节点M，即C(N,M)+C(M,T)最小，这种判断有两种结果：
第一种判断结果是S( N )-1中存在节点M，则数据分组从N传送至M，再由M传送至T，流程结束；
第二种判断结果是S( N )-1中不存在节点M，则节点N确定为空洞节点，此时修改N节点的hole参数为空洞节点信息，发送hello消息给邻居节点，并则执行步骤S04，即一跳邻居节点中寻找替换的非空洞节点Nˊ，用节点Nˊ替代节点N传送数据。
如果步骤S05-2判断结果为“否”， 则进入步骤S06。

Claims (2)

1.一种无线传感器网地理位置路由空洞处理方法，包括以下步骤：
步骤1、判断空洞节点：节点查看hole位是否含有空洞节点信息，如果hole位为空洞节点信息，则在节点的邻居节点中选取非空洞节点承接数据分组；
步骤2、判断目的节点：在节点的邻居节点中寻找目的节点，若存在目的节点，数据分组传送至目的节点；
步骤3、判定路由节点：在邻居节点中不存在目的节点的情况下，在节点的两跳节点集选距离目的节点最近的非空洞节点，然后在一跳节点集中找出到两跳节点代价最小的节点，将该一跳节点和该两跳节点作为路由节点；
步骤4、确认空洞节点：在步骤3中，一跳节点集中没有找到两跳节点代价最小的节点，则节点为空洞节点，修改节点的hole参数为空洞节点信息，发送hello消息给邻居节点，并转入步骤1中。
2.根据权利要求1所述的无线传感器网络路由空洞处理方法，其特征在于，所述步骤2中，包含以下步骤：
（1）、在一跳邻居节点中寻找目的节点，若存在目的节点，数据分组传送至目的节点；
（2）、在一跳邻居节点不存在目的节点的情况下，在两跳邻居节点中寻找目的节点，若存在目的节点，在一跳节点集中找出到目的节点代价最小的节点作为数据传输的路由节点；
（3）、在两跳邻居节点中存在目的节点的条件下，但在一跳节点集中没有找出到目的节点代价最小的节点，则节点为空洞节点，修改节点的hole参数为空洞节点信息，发送hello消息给邻居节点，并转入步骤1中；
在两跳邻居节点中不存在目的节点时，则流程进入所述步骤3。
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