[发明专利]基于区域梯度更新的移动传感器网络路由方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在无线传感器网络中传感器节点和汇聚节点之间的路由选择，特别是提供了一种基于区域梯度更新的移动传感器网络路由方法。

背景技术

移动传感器网络是一种动态的传感器网络，它由大量动态传感器节点和少量静态传感器节点构成，动态传感器节点在网络区域内随机移动，邻节点之间依靠无线链路进行通信。网络内的移动传感器节点负责收集信息，并利用其它传感器节点转发信息到汇聚节点。路由方法是用来建立从源节点到汇聚节点的信息传输路径，选择需要转发信息的中间节点。传输路径上的所有节点在转发数据时要消耗一定的能量，如何设计能量有效的路由协议一直是传感器网络的关键问题之一。

由于移动传感器网络中节点随机移动的特性，现有基于固定节点的传感器网络路由协议无法直接应用到该网络中。目前，已经提出了几种基于移动传感器网络的路由协议，其中较为典型的是文献“Impact of Mobility on Mobility-Assisted Information Diffusion(MAID)Protocols in Ad hoc Networks.USC Computer Science Department Technical Report”公开的一种移动传感器网络路由协议。该协议是一种以数据为中心的路由协议，网络中的节点在移动的过程中与所遇到的邻居节点交换时间信息，利用两节点间的相遇时间间隔的长短来决定时间梯度值的大小，每个节点内都存有一张与其它节点的相遇时间梯度值表。当节点需要发送数据到汇聚节点时，它在邻节点中寻找一个与汇聚节点相遇时间间隔最短的节点作为其下一跳节点，如此反复，直到到达汇聚节点为止，这样从源节点到汇聚节点的传输路径已建立。

文献中所设计的路由协议路由建立收敛时间比较短，但存在以下缺陷：网络节点在移动过程中需要频繁地交换时间信息来建立梯度，能量开销比较大；每个节点需要保存一张与其它节点的相遇时间梯度值表，需要占用一定量的储存空间。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于区域梯度更新的移动传感器网络路由方法。基于无线传感器网络，增加无线传感器网络使用寿命，节约传感器存储空间。

本发明涉及到传感器网络是稠密传感器网络，即网络中的相邻节点间能够保证互相通信。其适用的网络系统由发射基站、传感器节点和汇聚节点组成。

发射基站：能量可持续补充；最大发射半径可以覆盖到网络内所有的传感器节点；负责把整个网络虚拟分区并为每个区域内的传感器节点分配梯度值；当传感器节点移动时，它会更新传感器节点的梯度值；负责整个网络的时间同步。

传感器节点：能量有限且不能得到补充；主要负责向汇聚节点传送感测到的信息。传感器节点只接收来自发射基站的广播信息和其它传感器节点发送的信息；向其它传感器节点转发数据；当某一个传感器节点需要发送数据到汇聚节点时，它就为源节点；它在网络中的位置是不固定的。

汇聚节点：能量可持续补充；存储和计算能力均优于传感器节点；连接传感器网络和外部网络；转换协议栈之间的通信协议；把收集到的数据发到外部网络上；它在网络中的位置是固定的；它的梯度值为0。

为了避免区域梯度信息信号和数据通信的冲突，传感器网络中使用广播与数据传输两个分离信道。其中广播信道是基站用来向网络内传感器节点广播区域信息；数据传输信道是网络内传感器节点之间用来相互通信。由基站发起建立区域梯度并进行周期性区域梯度更新，并使整个网络时间同步。当源节点要向汇聚节点发送数据时，由源节点发起，建立一条通向汇聚节点的链路，从而完成数据传输。其方法如下：

(a)区域梯度的建立：为网络内的每个节点分配网络唯一标识号(ID)，在网络节点被部署之后，整个网络处于初始状态，基站与整个网络的节点进行时间的同步。接着基站就周期性地通过广播信道向网络内的节点广播区域梯度信息，其广播半径R_i是递增序列，即：R_i＝ir，其中：i＝{1，2，3...m}，r为传感器节点的传输半径。

网络内的节点在一个广播时隙开始后，就开始侦听广播信道和数据传输信道。在广播信道中，当第一次侦听到基站广播的区域梯度包时，节点就接收该数据包并将自己的梯度值设定为包内所携带的梯度值。根据包内的序列数值可以判断该包是基站第几个时隙广播的区域梯度包；根据包内的梯度值可以知道节点的梯度大小。此时，网络内节点的区域梯度已经建立。