[发明专利]一种面向WSN的最小传输多播路由方法

说明书

技术领域

本发明属于计算机应用与移动互联网结合的技术领域。 

背景技术

随着WSN技术的不断前进，具备多接收能力的传感器节点网络已变成常见的应用场景。很多应用从面向简单的事件传播发展到提供实时的连续数据传输，如多媒体数据的传播。在实际中，无线传感器网络中某处产生的事件会出现数据同时为多个接收节点监听的情形。在这一应用场景中，研究者的主要研究问题是如何以最经济的方式将源节点采集的数据同时发送到网络内所有的接收节点处。显然，多播技术是应对这一问题的主要方式，适用于传感器网络的多播路由算法和协议在这一背景下应运而生。 

一些文献中已提出了许多多播路由协议。根据如何创建路由组的成员将这些拟议的组播路由协议分为四类：（1）基于树的方法；（2）基于网孔的方法；（3）无状态多播路由；（4）混杂方法。现有的研究表明，基于树的方法在损失较低鲁棒性的情况下提供了高数据转发效率，而基于网格的方法在损失高转费用和增加网络负载的情况下提供了更好的鲁棒性。 

无线传感器网络的传感器节点通常由能力有限的电池供电。它们一旦被部署，在许多应用场景，例如战场或火山场景中，充电或更换电池非常困难甚至是不可能的。因此，提高能源效率成为无线传感器网络中组播路由的主要设计目标。然而，最小传输多播树是一个NP完全问题，可以通过降低最小集合覆盖问题或最低共同支配集问题（顶点）证明。 

由于最小传输多播路由问题的NP完全性，已经提出了一些启发式协议。然而，现提出的大多数协议是集中式的，整个网络的拓扑结构假定由单一的节点计算组播树。 

显而易见的，集中方法假设单一的节点感知整个网络的拓扑结构，既不实际且在许多应用中并不高效节能。虽然分布式方法在一些文献中有所阐述，它要求所有的接收节点同时加入组播树的构造阶段。在DODMRP中，作者建议减少非组播组成员节点（称为额外节点）的数量，以提高能源效率的组播路由。然而我们证明，只减少额外节点的数量并不一定会降低传输成本。 

针对以上问题，本发明提出了一种新的启发式的最小传输多播路由算法，建立了传输模型，定义了偏移补偿因子并利用广播的优势，这个协议选择连接更多多播接收者的转发路由。 

发明内容

本发明的目的是解决多播通信中如何能够更有效的节省能量的问题，提供一种面向WSN的最小传输多播路由方法。 

本发明分析了无线传感器网络由于信息融合或者随机负载等原因而产生不确定信息的原因。根据这些随机原因，提出了一种新的启发式的最小传输多播路由算法，建立了传输模型，定义了偏移补偿因子并利用广播的优势，这个协议选择连接更多多播接收者的转发路由。最后，分别从网格拓扑结构和随机拓扑结构两个方面对最小传输多播协议与现存的协议在性能上进行了比较，通过比较，证明了本发明提出的协议在节省能量方面更有效。 

本发明提供的面向WSN的最小传输多播路由方法的具体步骤包括： 

面向WSN的最小传输多播路由方法，其特征在于该方法的具体步骤包括：

第1、网络模型的建立

首先在二维平面区域内部署一个多跳无线传感器网络。通过无向图建立网络模型，G=（V，E）。V代表一组传感器节点，E表示一组通信链路。对于任意的两个传感器节点v₁和v₂，（v₁,v₂V），如果v₂的传输功率范围在v₁的传输功率范围之内，那么这个无向边（v₁,v₂）E。

第2、协议描述和初始化 

在最小传输多播协议中，每个节点都维护一张邻居信息表，表中每个条目的时间戳（上一次收到Hello这个消息的时间）也被记录下来。一旦收到消息，节点会根据收到消息的NodeID在邻居信息表中查找。如果它是新邻居，就把新的条目插入到邻居信息表中。如果是已知的邻居，该条目的时间戳记录会被更新。节点设置一个定时器以避免误导性的信息，也就是说，经过一段时间之后邻居信息表中逾期的条目将被回收。

第3、最小传输多播路由协议