一种基于节点速度可变的WSN机会路由方法

摘要

本发明公开了一种基于节点速度可变的WSN机会路由方法，属于无线传感器网络技术领域。本发明中节点根据移动sink到来时接收到sink发射的信号强度，动态改变自身移动速度，消息转发时按速度梯度定向转发完成从源节点到sink节点的转发任务。本发明方法仅使用速度作为效用值，因此复杂性较低，而且由于距离sink距离不同的节点速度差距很大，不存在概率转发策略的转发可靠性差的问题。

说明书

技术领域

本发明属于无线传感器网络技术领域，更准确地说，本发明涉及一种基于 节点速度可变的WSN机会路由方法。

背景技术

无线传感器网络（WSN：Wireless Senor Networking）通过布设无线传感器 节点，在无线通信组网技术、数据管理技术、传输与路由技术、节点定位与同 步等技术的支持下，完成覆盖区域内的数据采集、缓存、传输及融合等任务。 具有低功耗、微型化、低价格、自组织等一系列特点。近年来，伴随着微机电 系统(Micro.electro-mechanism system，MEMS)、片上系统(System on chip，SOC)、 嵌入式系统、无线通信技术、数字技术等的发展，无线传感器网络基础设备—— 传感器节点的功能正越来越强、成本越来越低、体积越来越小，促进了无线传 感器网络的大规模研究，其中尤以路由技术的研究最为广泛。

作为无线传感器网络关键技术之一，路由协议主要实现把数据从源节点引 导到汇聚点（sink节点）的功能。典型的无线传感器路由协议如低功耗自适应算 法（LEACH）、TEEN等路由协议大多针对静止网络拓扑提出，此类算法的模型 中源点与汇聚点间存在固定传输路径。然而在很多应用情况如野生动物检测、 军事战场网络、特殊环境监测（辐射区域、有毒物区域）等场景下，传感器节 点与sink节点均为移动状态，网络拓扑实时变化，源点与sink节点间不存在固 定的路由，此时传统的路由协议已不再适用，而是利用中间节点机会性的存储 与转发报文，达到将消息从源点传至sink节点的目的，这种间断性的路由就是 目前备受关注的机会路由。所谓机会路由，是一种不需要源节点和目标节点之 间存在完整链路，利用节点移动带来的相遇机会实现通信的自组织路由。

现存的机会路由策略主要有如文献1（Spyropoulos T.Psounis IL Raghavendra  C.Single·Copy muting in intermittently connected mobile networks.In：Proc.of  the 2004 1st Annual IEEE Communications Society Conf.on Sensor and Ad Hoc  Communications and Networks.2004.235—244）提出的，基于节点相遇概率的 Seek and Focus协议，此协议对所有网络节点记录从上次相遇后经过的时长，并 以此估计节点之间的相遇概率。此外，文献2（Musolesi M，Hailes S，Mascolo  C.Adaptive routing for intermittently connected mobile ad hoc networks.In：Proc.of  the6th IEEE Int’l Symp on World of Wireless Mobile and Multimedia  Networks.WoWMoM2005.2005.183—189.）提出基于上下文信息的Context  Aware Routing(CAR)协议，使用的上下文属性包括：剩余能量、拓扑变化速率、 到达目标连通域的概率和移动速度等，利用时间序列分析理论根据节点属性历 史数据预测属性值以此综合计算节点效用值。Seek and Focus协议利用节点相遇 概率来选择转发路径，不确定性较大，影响转发的可靠性；CAR协议增加了产 生效用值的上下文属性，弥补了单纯使用概率计算效用值的不确定性但是增加 了算法的复杂性。

总而言之，现有策略因为采用概率转发或多属性的效用值，从而带来转发 的可靠性差、策略的复杂性高等问题，影响了WSN网络的性能。

发明内容

本发明的目的是：针对现有技术中实现机会路由的方法冗余量大、过程复 杂等缺点，提供一种基于节点速度可变的WSN机会路由方法，从而提高WSN 机会路由中的转发可靠性、降低机会路由中转发机制的复杂度，改善WSN的网 络性能。

具体地说，本发明是采用以下的技术方案来实现的，包括以下步骤：

1）汇聚节点Sink到达：Sink节点到达区域中心并持续发射预备信号，区 域中的节点接收到预备信号后，将当前自身的速度v记录下来，随后根据接收 到的信号强度将自身的速度由v改变为v′，从而整个区域形成从区域边缘到Sink 节点，区域中节点速度越来越小的梯度；

2）源节点发送消息：有消息需要发送的源节点j将自身采集的数据、节点 ID号j、节点速度v′_j合成消息包，向自身一跳范围内的所有节点转发；

3）消息的转发：当有节点k收到来自于节点j的消息包时，若消息包中的 节点速度v′_j大于该节点k的节点速度v′_k，则节点k将消息包向自身一跳范围内的 所有节点转发并回复转发确认包给节点j，否则直接删除收到的消息包；消息包 按此规则持续转发下去，直到转发给Sink节点；

4）Sink节点离开：Sink节点在离开之前发射离开信号，随后离开区域，区 域中接收到离开信号的节点将自身速度恢复至v；发送消息包的节点j统计回收 到的转发确认包，若大于预先设定的确定数量L时，则认为消息已经成功转发 给Sink节点并删除消息，否则仍保存消息等待Sink节点下次到来。

本发明的进一步特征在于：接收到预备信号的节点改变自身速度的计算方 法是v′=v×d/d_m，其中d为节点距离Sink节点距离，d_m为区域的半径。

本发明的进一步特征在于：L大于2。

本发明的有益效果如下：本发明利用节点根据移动sink到来时接收到sink 发射的信号强度，动态改变自身移动速度，消息转发时按速度梯度定向转发完 成从源节点到sink节点的转发任务，从而避免了无线传感器网络中传统机会路 由转发可靠性差、复杂度高的问题，同时提高转发的可靠性，降低转发策略的 复杂性。

附图说明

图1为本发明方法的节点群及转发示意图。

具体实施方式

下面参照附图并结合实例对本发明作进一步详细描述。

本发明的一个实例，其设定实施的环境如图1所示，其中WSN节点活动区 域为圆形，区域半径d_m=100m，区域内所有节点以初始速度4m/s做随机运动。

方法具体步骤如下：

步骤1.Sink节点到达区域中心，具体步骤如下：

Step1.Sink节点持续发射预备信号；

Step2.区域中的节点j、k₁、k₂、k₃、k₄等节点接收到预备信号后，将当前自身 的速度v_j=4m/s、v_k1=4m/s、v_k2=4m/s、v_k3=4m/s、v_k4=4m/s记 录下来；

Step3.节点j、k₁、k₂、k₃、k₄根据接收到的信号强度将自身的速度由v改变为 v′，即v′_j=4m/s、v′_k1=2.8m/s、v′_k2=2m/s、v′_k3=1.8m/s、v′_k4=0.8m/s， 从而整个区域形成从区域边缘到Sink节点，区域中节点速度越来越小的梯度；

步骤2.源节点发送消息，具体步骤如下：

Step1.有消息需要发送的源节点j将自身采集的数据A、节点ID号j、节点 速度v′_j合成消息包；

Step2.节点j向自身一跳范围内的所有节点，即节点k₁转发消息包；

步骤3.消息的转发，具体步骤如下：

Step1.节点k₁收到来自于节点j消息包且v′_j＞v′_k1，因此节点k₁向自身一跳范 围的所有节点转发消息包，随后向节点j回发转发确认包；

Step2.节点k₂收到来自于节点k₁消息包且v′_k1＞v′_k2，因此节点k₂向自身一跳 范围的所有节点转发消息包，随后节点k₂向节点k₁回发转发确认包，节点k₁向节 点j回发转发确认包；节点k₃、k₄进行类似的过程，直到将消息包转发到Sink节 点。需要指出的是，在以上过程中如果某一节点判断其接收的消息包中的节点 速度不满足大于该节点的节点速度的条件时，则直接删除收到的消息包；

步骤4.Sink节点离开，具体步骤如下：

Step1.Sink节点在离开之前发射离开信号，随后离开区域；

Step2.区域中接收到离开信号的节点将自身速度恢复至4m/s；

Step3.发送消息包的节点j统计回收到的转发确认包数L=4>2，节点j认为 消息包已经成功转发至Sink，所以删除数据A。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但实施例并不是用来限定本发明的。 在不脱离本发明之精神和范围内，所做的任何等效变化或润饰，同样属于本发 明之保护范围。因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求所界定的内容 为标准。