[发明专利]基于簇桥的无线传感器网络定向扩散协议数据查询方法

说明书

本发明是一种基于簇桥的无线传感器网络定向扩散协议数据查询方法，其特点是：它包括基于节点剩余能量的簇桥选举机制和基于通告路由表的兴趣扩散机制。本发明具有科学合理、高效节能、高连通度且能够保证无线传感器网络数据查询效率，延长网络生命周期等优点。

技术领域

本发明属于无线传感器网络技术领域，涉及一种基于簇桥的无线传感器网络定向扩散协议数据查询方法。

背景技术

数据查询技术是无线传感器网络路由协议的核心技术之一，对无线传感器网络的高效运行具有十分重要的意义。合理的数据查询路由方法能够在大量的数据流中快速有效地获取需要的数据，降低网络能耗。然而，现有的数据查询方法大多基于提高查询精度进行设计，忽略了网络资源有限的特性，未考虑在精度提高的同时所造成的网络能量大量消耗的问题。

数据查询方法在路由协议中主要分为查询广播和数据收集两个阶段，在查询广播阶段，数据查询方法主要通过向网络中所有节点或节点的一个子集发送查询来实现，由于查询是根据用户需求产生的，因此大大提高了数据收集的针对性和有效性；在数据收集阶段，数据查询方法主要采用多跳转发机制，当传感器节点本地观察到感知数据与查询相匹配，传感器节点就将感知数据通过靠近基站的下一跳节点转发给基站，降低了数据传输的能耗，提高了数据传输的效率。定向扩散协议(DD，Directed Diffusion)是一种典型的以数据为中心的按需查询路由机制，但是它依然存在一些问题，主要体现在：

(1)定向扩散协议是基于平面架构的拓扑，其建立、维护路由的开销很大，会影响网络结构的可扩展性，当网络拓扑结构频繁变化时，将极大影响算法的性能，无法保证网络的连通性；

(2)在查询广播阶段，定向扩散协议采用数据泛洪的方式传播兴趣消息到整个监测区域的所有传感器节点，但重复的信息会被多次传输到同一节点，容易引发节点的“内爆”和“数据重叠”，另外，定向扩散协议要求兴趣消息遍历全网，导致时间和能量开销都比较大，造成网络不必要的资源浪费；

(3)在数据收集阶段，未考虑节点剩余能量及节点能量消耗，当多条加强路径使用同一节点的情况下，会加重该节点的信息传输拥塞问题，造成该节点能量提前耗尽，影响整个网络的工作。

发明内容

本发明的目的是，针对数据查询方法中定向扩散协议的网络拓扑构建不合理、兴趣扩散阶段泛洪不合理的问题，提出一种科学合理、低能耗、高连通度且能够保证无线传感器网络数据查询效率的基于簇桥的无线传感器网络定向扩散协议数据查询方法。

本发明的目的是由以下技术方案来实现的：一种基于簇桥的无线传感器网络定向扩散协议数据查询方法，其特征是，它的内容包括：基于节点剩余能量的簇桥选举机制和基于通告路由表的兴趣扩散机制，

1)所述的基于节点剩余能量的簇桥选举机制；

在建立网络拓扑阶段，将分簇引入到定向扩散协议中，为保证网络连通度，在簇与簇之间构建簇桥节点，基于分簇建立二层网络模型，簇内节点直接与簇头节点连接形成单跳低层网络，簇头节点和簇桥节点彼此相连形成多跳高层网络，当簇内节点发现邻居节点中存在两个或两个以上簇头节点时，若簇内节点的剩余能量E_res-i大于剩余能量阈值E₀，则具备簇桥形成条件，剩余能量阈值E₀定义为：

其中，E_res-j为簇头节点j的剩余能量，N_CH为邻居节点中簇头节点的数目，当存在两个或多个簇内节点同时具备簇桥形成条件时，通过计算簇桥选举因子f来选择簇桥节点，簇桥选举因子公式表示为：