[发明专利]GEAR协议中贪婪算法及查询消息传播的优化方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线传感器网络路由协议，特别涉及地理位置路由协议GEAR中贪婪算法造成的路由空洞问题和查询消息传播问题，属于无线传感器网络通信技术领域。

背景技术

路由协议负责将数据分组从源节点通过网络转发到目的节点，基于地理位置信息的路由协议是把节点的位置信息作为路由选择的依据，不仅能够完成节点路由功能，还可以降低系统专门维护路由协议的能耗。

基于地理位置信息的路由协议的目标是在诸如目标跟踪类应用中，能够根据需要唤醒距离跟踪目标最近的传感器节点，以得到关于目标的更精确位置等相关信息。

无线传感器网络中GEAR地理位置路由协议传送查询消息到事件区域中所有节点的过程分为两个阶段：事件区域传送和域内传送。事件区域传送阶段为汇聚节点发送查询消息到达事件区域代表节点的过程，域内传送阶段为查询消息在事件区域内传播的过程。在事件区域传送查询消息阶段，从汇聚节点开始采用贪婪算法建立路径，即根据公式                                                计算自己距离事件区域的估计代价，其中，为节点N到事件区域R代表节点的估计代价，为节点N到事件区域R代表节点的距离，为节点N的剩余能量，为比例参数，选择最小估计代价的邻居节点作为传送的下一跳节点。在域内传送查询消息阶段，可通过以下两种方式让查询消息在域内扩散：当节点密度比较小时，直接采用洪泛转发机制，节点密度较大时，则采用迭代转发机制，直到域内剩下唯一的节点。

GEAR路由协议传送查询消息到事件区域过程中存在两个关键问题：路由空洞问题和查询消息传播问题。经过近十几年的发展，涌现出大量的研究成果，针对路由空洞问题主要提出了遇到空洞路由区域，改变自身节点代价并反馈给邻居节点即反馈避免的改进方法，但是该方法无法在第一次传递查询消息时使传输路径有效避开空洞节点从而也造成的能耗的浪费，还有的从理论上分析了路由空洞在规则部署和随机部署情况下的存在概率，但是其改进方法在邻居节点数大于10的情况下才有效。（1、张耀，贾振红.求解路由空洞问题的GEAR改进算法[J].计算机工程,2008,34(12):94-96. 2、蒋阳,孙柳林,袁敏,etc.一种解决GEAR路由空洞问题的新方案[J].传感器与微系统, 2011, 30 (4) : 44-47. 3、田乐,谢东亮,任彪,张雷,etc.无线传感器网络贪婪转发方法中的路由空洞问题[J].电子与信息学报,2007,29(12):2996-3000.）对于查询消息传播问题，目前提出的方法除了洪泛传播方式之外，还有通过将网络分区域选举簇首节点，通过簇首节点来传递查询消息，该方法需要网络选举簇首节点，增加了网络开销。（1、Yu Y, Govindan R, Estrin D. Geographical and energy aware routing: A recursive data dissemination protocol for wireless sensor networks. UCLA Computer Science Department Technical Report UCLA /CSD-TR-01-0023, May 2001.2、孙利民,李建中,陈渝,等.无线传感器网络[M].北京:清华大学出版社,2005.3、王艳琴.地理位置路由协议GEAR的分析与改进[J].单片机与嵌入式系统应用,2011,(08):1-5.）。

发明内容

本发明的目的在于提供一种GEAR协议中贪婪算法路由空洞问题和查询消息传播开销过大的解决方法，使查询消息在传播到事件区域中的每个节点的过程中，能够有效避开路由空洞，同时减少查询消息在事件区域中的传播能耗。

实现本发明目的的技术解决方案为：GEAR协议中贪婪算法及查询消息传播的优化方法，主要内容如下：

汇聚节点在查询消息中添加黑名单域用以记录网络中所有小于其距离事件区域估计代价的邻居节点全为空洞节点的节点，网络中所有节点在其邻居列表中增加sum域用以记录小于其距离事件区域估计代价的邻居节点数量。节点将比自己距离事件区域估计代价小的邻居节点的数量添加到节点邻居列表中新增加的sum域中，sum域值为零表示该节点没有比其距离事件区域代表节点更近的邻居节点。