專利名稱：：一種基于Hull樹的無線傳感網(wǎng)絡(luò)地理位置路由尋址方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種無線傳感網(wǎng)絡(luò)路由尋址方法。
背景技術(shù)：
：無線傳感網(wǎng)絡(luò)(WirelessSensorNetwork,WSN)技術(shù)是20世紀(jì)的半導(dǎo)體技術(shù)、無線通信技術(shù)以及微機(jī)電系統(tǒng)集成高速發(fā)展孕育成的一個新的信息獲取和處理方式。WSN是一種由一系列傳感器節(jié)點構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，用于實時地監(jiān)測、感知和采集節(jié)點部署區(qū)域內(nèi)觀察者感興趣的感知對象的各種信息(如光強(qiáng)、溫度、濕度、噪音和有害氣體濃度等物理現(xiàn)象)，并對這些信息進(jìn)行處理后以無線的方式發(fā)送出去，通過無線網(wǎng)絡(luò)最終發(fā)送給監(jiān)控者。隨著無線傳感網(wǎng)絡(luò)以及定位、能源、電子制造等技術(shù)的發(fā)展，無線傳感網(wǎng)絡(luò)在森林監(jiān)測、氣候監(jiān)控、軍事戰(zhàn)場、數(shù)字城市方面產(chǎn)生了廣泛的應(yīng)用前景。在這些應(yīng)用領(lǐng)域中，不僅要求隨時獲取目標(biāo)的傳感信息，還要求得到目標(biāo)的地理位置一一隨著定位技術(shù)的發(fā)展，這一點已經(jīng)可以方便地實現(xiàn)。于是，就要求無線傳感網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點在通訊過程中，不僅轉(zhuǎn)發(fā)自己收到的數(shù)據(jù)，還要給數(shù)據(jù)添加采集地的地理位置信息，以滿足數(shù)據(jù)使用要求。隨后，發(fā)展的無線傳感網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用不僅要求攜帶地理位置信息，還要求數(shù)據(jù)能夠根據(jù)地理位置信息向特定的地理位置轉(zhuǎn)發(fā)、廣播，節(jié)點接收由特定地理位置傳來的信息，數(shù)據(jù)沿著特定的地理路徑傳遞。
發(fā)明內(nèi)容為了克服已有無線傳感網(wǎng)絡(luò)路由尋址方法的節(jié)點能耗高、內(nèi)存和處理要求高、數(shù)據(jù)傳輸可靠性差、擴(kuò)展性和魯棒性差的不足。本發(fā)明提供一種能夠節(jié)省節(jié)點能量的消耗、降低節(jié)點的內(nèi)存和處理要求、保證良好的數(shù)據(jù)傳輸、具有良好的擴(kuò)張性和魯棒性的基于Hull樹的無線傳感網(wǎng)絡(luò)地理位置路由尋址方法。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種基于Hull樹的無線傳感網(wǎng)絡(luò)地理位置路由尋址方法，包括以下步驟(1)、將整個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點通過與相鄰節(jié)點之間的報文交換，分布式地在每個節(jié)點上以本身節(jié)點為根節(jié)點建立一個局部HULL樹，所述局部Hull樹是指每個節(jié)點都會在它自身上面建立一個覆蓋局部網(wǎng)絡(luò)區(qū)域節(jié)點的Hull樹數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，每個Hull子樹都由凸包構(gòu)成，所述凸包是指該節(jié)點直接通訊范圍內(nèi)所有鄰居節(jié)點所形成的最小凸多邊形，Hull樹上的節(jié)點都是該凸包上的節(jié)點，Hull樹內(nèi)的每個節(jié)點都會存儲它的地理位置信息；(2)、路由控制過程(2.1)當(dāng)源節(jié)點s產(chǎn)生一個需要發(fā)往目的節(jié)點t的數(shù)據(jù)分組報文M時，所述數(shù)據(jù)分組報文M包括PNODE域，所述PNODE域是由中間轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點和源節(jié)點到中間轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點序列構(gòu)成，中間節(jié)點ν收到由源節(jié)點s或鄰居節(jié)點w發(fā)來的目的節(jié)點t的數(shù)據(jù)分組報文M;(2.2)中間節(jié)點ν檢查自身是否為報文M的目的節(jié)點，若是，則接收報文并停止報文的轉(zhuǎn)發(fā)；若否，則檢查是否是數(shù)據(jù)分組報文M中PNODE域所表示的中間目的節(jié)點，若是，按照數(shù)據(jù)分組報文M中所載的節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)序列，向下一跳節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)報文；若否，則進(jìn)入模式檢查(2.3)、檢查報文轉(zhuǎn)發(fā)模式(2.3.DTree模式中間節(jié)點ν搜索自身的HULL樹，首先判斷目的節(jié)點t是否是中間節(jié)點ν的鄰居節(jié)點，若是，直接廣播報文；否則，判斷目的節(jié)點t是否存在中間節(jié)點ν的hull樹的子樹所形成的凸包中，如果是，則將中間節(jié)點ν到該子樹根節(jié)點在中間節(jié)點ν的Hull樹中查找的節(jié)點序列作為報文的轉(zhuǎn)發(fā)路徑；(2.3.2)Tree-Greedy模式中間節(jié)點ν搜索存儲在本地的Hull樹，選擇其中距離目的節(jié)點t位置最近的子節(jié)點作為所傳輸?shù)呐R時目的節(jié)點，以臨時目的節(jié)點搜索Hull樹，檢查是否是數(shù)據(jù)分組報文M中PNODE域所表示的中間目的節(jié)點，若是，按照數(shù)據(jù)分組報文M中所載的節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)序列，向下一跳節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)報文；若否，則進(jìn)入模式檢查。進(jìn)一步，所述檢查報文轉(zhuǎn)發(fā)模式還包括(2.3.3)、報文在轉(zhuǎn)發(fā)時進(jìn)入到了算法中止報文已轉(zhuǎn)發(fā)到某一節(jié)點q，節(jié)點q對報文檢查時發(fā)現(xiàn)目的節(jié)點在其本地凸包內(nèi)，廣播發(fā)送報文，然而廣播此報文不能得到應(yīng)答回應(yīng)、或者說目的節(jié)點不存在；丟棄報文。再進(jìn)一步，所述檢查報文轉(zhuǎn)發(fā)模式還包括(2.3.3)、報文在轉(zhuǎn)發(fā)時進(jìn)入到了算法中止報文到達(dá)的中間節(jié)點ν將是網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞哪硞€局部頂點，在中間節(jié)點ν自身的Hull樹中無法查找到比ν距離目的節(jié)點t更近的節(jié)點，采用邊界轉(zhuǎn)發(fā)策略，選擇中間節(jié)點ν的相鄰節(jié)點作為轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點。更進(jìn)一步，所述檢查報文轉(zhuǎn)發(fā)模式還包括(2.3.3)、報文在轉(zhuǎn)發(fā)時進(jìn)入到了算法中止目的節(jié)點s的地理位置處于網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍以外，數(shù)據(jù)報文到達(dá)了整個網(wǎng)絡(luò)的邊緣的某個節(jié)點，標(biāo)記此報文的目的節(jié)點不可達(dá)。在所述步驟(1)中，建立一個局部HULL樹的過程為(1.1)、當(dāng)一節(jié)點P開啟時，它首先向周圍廣播查詢報文，詢問所有鄰居節(jié)點是否可以將其自身存儲的Hull樹寄送到節(jié)點P，以使節(jié)點P加入網(wǎng)絡(luò)，并構(gòu)建自身Hull樹；當(dāng)節(jié)點P廣播查詢報文時，任何鄰居節(jié)點如果接收到這樣的報文，則有以下三種反饋情況①鄰居節(jié)點w已經(jīng)存儲有Hull樹，此時返回Hull樹報文；②鄰居節(jié)點并未構(gòu)建Hull樹，則返回Hull樹構(gòu)建命令報文；③節(jié)點P直接通訊范圍之內(nèi)沒有任何節(jié)點，因此接受不到任何反饋報文；如果節(jié)點P接收到鄰居反饋的Hull樹報文，則等待足夠數(shù)量的鄰居發(fā)來Hull樹報文之后，構(gòu)建一個凸包，并將凸包上的點的Hull樹添加到節(jié)點P的Hull樹中，再向周圍鄰居節(jié)點廣播P的Hull樹；第②種情況下轉(zhuǎn)入2)，第③種情況下轉(zhuǎn)入3)；(1.2)、節(jié)點P收到Hull樹構(gòu)建命令報文，表示在這個局部范圍內(nèi)未構(gòu)建Hull樹，于是P首先以自己為根節(jié)點，接受足夠數(shù)量的鄰居返回報文之后，建立本地Hull樹，并將自身Hull樹向鄰居節(jié)點廣播；在這個過程中會出現(xiàn)以下兩種情況a)節(jié)點P只收到了返回的Hull樹構(gòu)建命令報文，節(jié)點ρ依據(jù)鄰居節(jié)點的Hull樹構(gòu)建命令報文構(gòu)建的Hull是一個一層無子樹的Hull樹結(jié)構(gòu)；b)節(jié)點P收到的所有報文中，既有返回Hull樹構(gòu)建命令報文，也有返回的Hull樹報文，此時對節(jié)點P來說，同樣是先根據(jù)這些報文構(gòu)建本地Hull樹，同時判斷哪些返回Hull樹報文的鄰居節(jié)點是否是本地Hull樹的子節(jié)點，如是，則將其Hull樹添加進(jìn)本地Hull樹；如否，則拋棄。(1.3)、節(jié)點ρ收不到任何反饋報文，節(jié)點ρ沒有任何鄰居，此時建立的Hull是一個僅有以P為根節(jié)點的樹。再進(jìn)一步，在所述步驟(1)中，在完成Hull樹的構(gòu)建工作之后，依據(jù)實際情況維護(hù)各節(jié)點上Hull樹，具體有a)新節(jié)點的加入根據(jù)Hull構(gòu)建階段的方法，為節(jié)點構(gòu)造Hull樹，并將其信息通知到各個鄰居節(jié)點；b)節(jié)點移動或者從暫時的休眠中恢復(fù)節(jié)點仍保存有原有的Hull樹，但此時的Hull樹信息可能已經(jīng)過時，應(yīng)當(dāng)重新發(fā)出查詢請求報文來取得新位置下，鄰居節(jié)點的位置及其存儲的Hull樹信息，通過對自身原有Hull樹的對比，修正自生Hull樹；c)節(jié)點的離開節(jié)點為它的每個鄰居節(jié)點設(shè)立一個時間閾值，所述時間閾值是節(jié)點和它鄰居節(jié)點進(jìn)行信息交換的周期，當(dāng)節(jié)點在下一周期向某個鄰居節(jié)點發(fā)出信息交換請求而在限定時間內(nèi)未收到回應(yīng)時，將刪去自身Hull樹中以這個鄰居節(jié)點為根節(jié)點的子樹，并廣播自身狀態(tài)信息。本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思為與非基于地理位置的無線傳感網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議相比，節(jié)點利用位置信息，可以避免路由探測包的盲目泛洪，進(jìn)行有效的路由發(fā)現(xiàn)和路由維護(hù)，甚至可以基于無狀態(tài)的分布式的非端到端的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)(GE0CAST)。其中以地理位置信息為基礎(chǔ)的貪婪路由算法在整個數(shù)據(jù)傳輸中不需要建立端到端的基于全局鏈路狀態(tài)的路由，不需要存儲路由信息表，也不需要發(fā)送路由更新信息，只要求網(wǎng)絡(luò)中每個節(jié)點準(zhǔn)確地存儲周圍鄰節(jié)點的狀態(tài)信息即可節(jié)省能量的消耗，降低節(jié)點的內(nèi)存、處理要求，同時能提供很好的數(shù)據(jù)傳輸保證，具有良好的網(wǎng)絡(luò)可擴(kuò)展性和魯棒性。該算法預(yù)計將應(yīng)用的無線傳感網(wǎng)絡(luò)環(huán)境為網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域較大，節(jié)點價值較高，同時攜帶定位裝置或者通過其他方法可以確定自己的地理位置；網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)流量較大，并且對數(shù)據(jù)的安全性和時效性要求較高，對數(shù)據(jù)的全網(wǎng)擴(kuò)散范圍有較為嚴(yán)格的限定；節(jié)點移動性不強(qiáng)，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定的情況下。算法運(yùn)行的具體條件如下任意一節(jié)點ρ均可以確定自身地理位置信息，這一信息應(yīng)當(dāng)可靠而且連續(xù)地獲得。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)穩(wěn)定，節(jié)點位置不會經(jīng)常性地發(fā)生改變，節(jié)點一般處于靜止位置固定的狀態(tài)，不會長時間地處于移動狀態(tài)之中。節(jié)點能夠在任意時刻通過交互或者獨(dú)立的方法獲得時間戳。本申請中相關(guān)概念的定義和說明凸包(ConvexHull)給定平面上的一個(有限)點集(即一組點)，這個點集的凸包就是包含點集中所有點的最小面積的凸多邊形。其數(shù)學(xué)描述為在一個實數(shù)向量空間V中，對于給定集合X，所有包含X的凸集的交集S被稱為X的凸包。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>X的凸包可以用X內(nèi)所有點(Xl，...，xn)的線性組合來構(gòu)造<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>空曠域(Void)空曠域是指，在實際報文轉(zhuǎn)發(fā)過程中，轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點無法找到比自己距離目標(biāo)節(jié)點更近的節(jié)點，從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)發(fā)失敗。其失敗的原因，在于報文轉(zhuǎn)發(fā)過程中，需要轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點暫時的“退讓”——將報文發(fā)往距離目的節(jié)點更遠(yuǎn)的節(jié)點，以保證報文轉(zhuǎn)發(fā)工作得以延續(xù)。空曠域問題，通常產(chǎn)生在實際的網(wǎng)絡(luò)布置之中。在進(jìn)行實際的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點布置時，不管是人工的放置節(jié)點在固定的位置，亦或是撒播，總會遇見某些地方是節(jié)點無法存在的區(qū)域，或者是位于此地的節(jié)點無法正常工作的區(qū)域，比如沼澤，湖泊，大河，高樓，具有強(qiáng)電磁干擾的地方等；即使是均勻的放置，也會由于網(wǎng)絡(luò)中某些節(jié)點因為斷電或異常等情況失效，從而在網(wǎng)絡(luò)中形成大小不等的“空洞”。在這些空洞內(nèi)部，沒有節(jié)點來進(jìn)行數(shù)據(jù)分組的接力轉(zhuǎn)發(fā)。在實際的路由過程中，往往需要繞過這些空洞來順利地轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。局部頂點所謂局部頂點，既是當(dāng)數(shù)據(jù)分組到達(dá)空曠域從而使報文轉(zhuǎn)發(fā)失敗時的中間轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點。對于空曠域來說，這個點就是網(wǎng)絡(luò)圖形上的局部頂點。本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在能夠節(jié)省節(jié)點能量的消耗、降低節(jié)點的內(nèi)存和處理要求、保證良好的數(shù)據(jù)傳輸、具有良好的擴(kuò)張性和魯棒性。圖1是路由尋路過程數(shù)據(jù)分組報頭的示意圖。圖2是網(wǎng)絡(luò)中分布式Hull樹構(gòu)建流程的示意圖。圖3是路由過程流程圖的示意圖。具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。參照圖1圖3，一種基于Hull樹的無線傳感網(wǎng)絡(luò)地理位置路由尋址方法，包括以下步驟(1)、將整個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點通過與相鄰節(jié)點之間的報文交換，分布式地在每個節(jié)點上以本身節(jié)點為根節(jié)點建立一個局部HULL樹，所謂局部Hull樹是指每個節(jié)點都會在它自身上面建立一個覆蓋局部網(wǎng)絡(luò)區(qū)域節(jié)點的Hull樹數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。每個Hull子樹都由凸包這一概念構(gòu)成。所謂凸包是指該節(jié)點直接通訊范圍內(nèi)所有鄰居節(jié)點所形成的最小凸多邊形，Hull樹上的節(jié)點都是該凸包上的節(jié)點(即該最小多邊形邊緣頂點)。當(dāng)然，Hull樹內(nèi)的每個節(jié)點都會存儲它的地理位置信息；(2)、路由控制過程(2.1)當(dāng)源節(jié)點s產(chǎn)生一個需要發(fā)往目的節(jié)點t的數(shù)據(jù)分組報文M時，所述數(shù)據(jù)分組報文M包括PNODE域，所述PNODE域為這樣一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。它是由中間轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點和源節(jié)點到中間轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點序列構(gòu)成。中間轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點描述了它的ID與位置信息，而轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點序列則是源節(jié)點在Hull樹上搜索到的到中間轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點的節(jié)點序列，中間節(jié)點ν收到由源節(jié)點s或鄰居節(jié)點w發(fā)來的目的節(jié)點t的數(shù)據(jù)分組報文M；(2.2)中間節(jié)點ν檢查自身是否為報文M的目的節(jié)點，若是，則接收報文并停止報文的轉(zhuǎn)發(fā)；若否，則檢查是否是數(shù)據(jù)分組報文M中PNODE域所表示的中間目的節(jié)點，若是，按照數(shù)據(jù)分組報文M中所載的節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)序列，向下一跳節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)報文；若否，則進(jìn)入模式檢查(2.3)、檢查報文轉(zhuǎn)發(fā)模式(2.3.1)Tree模式中間節(jié)點ν搜索自身的HULL樹，首先判斷目的節(jié)點t是否是中間節(jié)點ν的鄰居節(jié)點，若是，直接廣播報文；否則，判斷目的節(jié)點t是否存在中間節(jié)點ν的hull樹的子樹所形成的凸包中，如果是，則將中間節(jié)點ν到該子樹根節(jié)點在中間節(jié)點ν的Hull樹中查找的節(jié)點序列作為報文的轉(zhuǎn)發(fā)路徑；(2.3.2)Tree-Greedy模式中間節(jié)點ν搜索存儲在本地的Hull樹，選擇其中距離目的節(jié)點t位置最近的子節(jié)點作為所傳輸?shù)呐R時目的節(jié)點，以臨時目的節(jié)點搜索Hull樹，檢查是否是數(shù)據(jù)分組報文M中PNODE域所表示的中間目的節(jié)點，若是，按照數(shù)據(jù)分組報文M中所載的節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)序列，向下一跳節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)報文；若否，則進(jìn)入模式檢查。本實施例的路由尋址方法在實際運(yùn)行過程中分為兩個部分(1)初始化階段；(2)數(shù)據(jù)分組轉(zhuǎn)發(fā)階段。在算法運(yùn)行之前，需要構(gòu)建一定的報文格式以滿足路由算法的要求，以下介紹了本路由算法中使用的報文結(jié)構(gòu)及其解釋。Hull樹構(gòu)建與維護(hù)報文包頭，如表1所示<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表1表2為Hull樹構(gòu)建維護(hù)過程報文格式及功能<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表2以上報文的ID和LOCATION均為發(fā)出報文節(jié)點的標(biāo)識和位置信息。當(dāng)報文功能為Hull樹廣播報文時，將在包頭后附加發(fā)出報文節(jié)點Hull樹。路由過程數(shù)據(jù)分組包頭參照圖1所示。表2為路由尋路過程數(shù)據(jù)分組報頭格式及功能<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>表2Pnode域存儲的是在Tree和Tree-Greedy模式下，節(jié)點搜索自身Hull樹所得到的中間轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點，以及現(xiàn)在節(jié)點到中間轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點的路徑，即在樹中搜索到的節(jié)點序列。第一、初始化階段在初始化階段，整個無線傳感網(wǎng)絡(luò)每個節(jié)點通過與相鄰節(jié)點之間的報文交換，分布式地在每個節(jié)點上建立一個局部HULL樹。具體流程圖見附圖2。算法具體實現(xiàn)過程1)當(dāng)一節(jié)點P開啟時，它首先向周圍廣播查詢報文Inquirymessage，詢問所有鄰居節(jié)點是否可以將其自身存儲的Hull樹寄送到P，以使P加入網(wǎng)絡(luò)，并構(gòu)建自身Hull樹。當(dāng)節(jié)點P廣播查詢報文Inquirymessage時，任何鄰居節(jié)點如果接收到這樣的報文，則有以下三種反饋情況①鄰居w已經(jīng)存儲有Hull樹，此時返回Hull樹報文；②鄰居節(jié)點并未構(gòu)建Hull樹，則返回Hull樹構(gòu)建命令報文(Hullbuildmessage)；③P節(jié)點直接通訊范圍之內(nèi)沒有任何節(jié)點，因此接受不到任何反饋報文。如果P接收到鄰居反饋的Hull樹報文(Hulltreemessage)，則等待足夠數(shù)量的鄰居發(fā)來Hull樹報文之后，依據(jù)算法在其中構(gòu)建一個凸包，并將凸包上的點的Hull樹添加到P節(jié)點的Hull樹中，再向周圍鄰居節(jié)點廣播P的Hull樹。第②種情況下轉(zhuǎn)入2)，第③種情況下轉(zhuǎn)入3)。2)節(jié)點P收到Hull樹構(gòu)建命令報文(Hullbuildmessage)，表示在這個局部范圍內(nèi)未構(gòu)建Hull樹，于是P首先以自己為根節(jié)點，接受足夠數(shù)量的鄰居返回報文之后，建立本地Hull樹，并將自身Hull樹向鄰居節(jié)點廣播。在這個過程中可能會出現(xiàn)以下兩種情況c)P節(jié)點只收到了返回的Hull樹構(gòu)建命令報文，此時說明P的鄰居節(jié)點中都未構(gòu)建Hull，這時p依據(jù)鄰居節(jié)點的Hull樹構(gòu)建命令報文構(gòu)建的Hull必然是一個一層無子樹的Hull樹結(jié)構(gòu)；d)P節(jié)點收到的所有報文中，既有返回Hull樹構(gòu)建命令報文，也有返回的Hull樹報文，此時對P來說，同樣是先根據(jù)這些報文構(gòu)建本地Hull樹，同時判斷哪些返回Hull樹報文的鄰居節(jié)點是否是本地Hull樹的子節(jié)點，如是，則將其Hull樹添加進(jìn)本地Hull樹；如否，則拋棄。3)節(jié)點p收不到任何反饋報文。這說明p沒有任何鄰居，此時建立的Hull是一個僅有以P為根節(jié)點的樹。網(wǎng)絡(luò)初始時的Hull樹構(gòu)建過程，是一個較為漫長的過程，在這個過程中，節(jié)點要一直等待鄰居節(jié)點發(fā)來的各類報文，根據(jù)Hull樹構(gòu)建算法對自身的Hull樹進(jìn)行修剪，再將自身的Hull樹向鄰居節(jié)點廣播。具體的Hull樹構(gòu)建算法為包裹法構(gòu)建Hul1樹算法標(biāo)記p節(jié)點所有鄰居節(jié)點的鏈表List(NpN2、N3...隊)，其中隊由節(jié)點標(biāo)志與位置信息X、Y構(gòu)成。存儲凸包結(jié)構(gòu)HullTree(nodes)Steplff=find(N|Y=max,List)，Q=find(N|Y=min,List)；Putff,QintoHullTree；(theline(WQ)dividethefaceintoleftandrightface)Step2Operatenodesinleftfaceloop:ffasstartnode,makeradialsfromfftoanothernodeinleftface；ChooseM(M是與X軸負(fù)方向夾角最小的射線的終點)；M=ff.brother；ff=M；Continue,untiltheffintoHullTreeStep3Operatenodesinrightfaceloop:Qasstartnode,makeradialsfromQtoanothernodeinleftface；ChooseM(M是與X軸正方向夾角最小的射線的終點)；M=Q.brother；ff=Q；Continue,untiltheQintoHullTree在完成了Hull樹的構(gòu)建工作之后，在整個路由算法運(yùn)行過程之中，需要不停地依據(jù)實際情況維護(hù)各節(jié)點上Hull樹。一般有如下三種情況并采取相應(yīng)的措施。c)新節(jié)點的加入。這種情況下，可以根據(jù)以上Hull構(gòu)建階段的方法，為節(jié)點構(gòu)造Hull樹，并將其信息通知到各個鄰居節(jié)點。d)節(jié)點移動或者從暫時的休眠中恢復(fù)。在這種情況下，節(jié)點仍保存有原有的Hull樹，但此時的Hull樹信息可能已經(jīng)過時，應(yīng)當(dāng)重新發(fā)出查詢請求報文來取得新位置下，鄰居節(jié)點的位置及其存儲的Hull樹信息，通過對自身原有Hull樹的對比，修正自生Hull樹。C)節(jié)點的離開。節(jié)點為它的每個鄰居節(jié)點設(shè)立一個時間閾值。這一閾值也是節(jié)點和它鄰居節(jié)點進(jìn)行信息交換的周期。當(dāng)節(jié)點在下一周期向某個鄰居節(jié)點發(fā)出信息交換請求而在限定時間內(nèi)未收到回應(yīng)時，將刪去自身Hull樹中以這個鄰居節(jié)點為根節(jié)點的子樹，并廣播自身狀態(tài)信息。第二、數(shù)據(jù)分組路由尋路過程本階段描述了在節(jié)點完成Hull樹構(gòu)建初始化過程之后，一個節(jié)點是如何進(jìn)行數(shù)據(jù)分組的尋路和轉(zhuǎn)發(fā)工作，以及在路由過程中可能出現(xiàn)的情況與轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)則。具體的流程圖見附圖3。當(dāng)源節(jié)點s產(chǎn)生一個需要發(fā)往目的節(jié)點t的數(shù)據(jù)分組M時，它會為數(shù)據(jù)分組添加上文所述的報頭，并將路由轉(zhuǎn)發(fā)模式(ROUTEMODE)設(shè)為初始的Tree模式，然后根據(jù)報文模式與節(jié)點自身的狀態(tài)信息，來判斷下一步應(yīng)采取的動作。同樣，中間節(jié)點ν收到由源節(jié)點S、鄰居節(jié)點w發(fā)來的目的節(jié)點t的報文M，也會檢查報文中所標(biāo)記的路由轉(zhuǎn)發(fā)模式，進(jìn)而根據(jù)相關(guān)信息(自身Hull樹以及目的節(jié)點、自身節(jié)點的位置信息)選擇下一步的行為。在此我們假設(shè)某一中間節(jié)點ν收到由源節(jié)點S、鄰居節(jié)點w發(fā)來的目的節(jié)點為t的報文M。具體來說，報文在發(fā)送過程中，由于轉(zhuǎn)發(fā)模式的不同，大致有以下幾種情況首先，節(jié)點ν檢查自身是否為報文M的目的節(jié)點。若是，則接收報文并停止報文的轉(zhuǎn)發(fā)；若否，則檢查是否是報文中PNODE域所表示的中間目的節(jié)點。若是，按照報文中所載的節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)序列，向下一跳節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)報文；若否，則進(jìn)入模式檢查檢查報文轉(zhuǎn)發(fā)模式l.Tree模式下ν搜索自身的HULL樹，首先判斷目的節(jié)點是否是ν的鄰居節(jié)點(目的節(jié)點是否在Hull樹根節(jié)點的直接子節(jié)點所構(gòu)成的凸包范圍以內(nèi))，若是則直接廣播報文即可；否則，判斷目的節(jié)點t是否存在ν的hull樹的子樹所形成的凸包中，如果是，則將ν到該子樹根節(jié)點在ν的Hull樹中查找的節(jié)點序列作為報文的轉(zhuǎn)發(fā)路徑，添加到報頭的PNODE域中，其中ID和Location為子樹根節(jié)點的標(biāo)識與位置，trace域存儲節(jié)點序列，然后轉(zhuǎn)發(fā)報文到下一節(jié)點；否則設(shè)報文模式為Tree-Greedy。2.Tree-Greedy模式下節(jié)點搜索存儲在本地的Hull樹，選擇其中距離目的節(jié)點位置最近的子節(jié)點作為報文在本模式下所傳輸?shù)哪康墓?jié)點，其中從根節(jié)點到此葉子節(jié)點在Hull樹中查找到的節(jié)點序列，即為此報文的轉(zhuǎn)發(fā)路徑。3.Greedy模式下報文進(jìn)入Greedy模式，就意味著數(shù)據(jù)報文在轉(zhuǎn)發(fā)時進(jìn)入到了算法中止情況。算法中止存在著三種情況1)目的節(jié)點的地理位置處于網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍以內(nèi)，網(wǎng)絡(luò)中不存在目的節(jié)點。此時，報文已轉(zhuǎn)發(fā)到某一節(jié)點q，q節(jié)點對報文檢查時發(fā)現(xiàn)目的節(jié)點在其本地凸包內(nèi)，只需廣播發(fā)送報文即可，然而廣播此報文不能得到應(yīng)答回應(yīng)，或者說目的節(jié)點不存在，此時只需簡單地丟棄報文即可。當(dāng)然，如果對路由協(xié)議作出可靠性擴(kuò)展，可以要求q節(jié)點向源節(jié)點返回報文轉(zhuǎn)發(fā)失敗的信息。2)節(jié)點為網(wǎng)絡(luò)圖的局部達(dá)到頂點。在這種情況下，報文到達(dá)的節(jié)點ν將是網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞哪硞€局部頂點。在ν自身的Hull樹中無法查找到比ν距離目的節(jié)點t更近的節(jié)點。當(dāng)協(xié)議規(guī)定ν只存儲一層的Hull樹時，那么Hull樹就沒法涵蓋到比ν節(jié)點距離目的節(jié)點更近的節(jié)點χ。顯而易見，這是一個比較大的空曠域。如果增加節(jié)點中Hull樹的層數(shù)，就可以增加Hull樹的覆蓋范圍，直至覆蓋到一個比當(dāng)前節(jié)點更靠近目的節(jié)點的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點。當(dāng)然，這里既然出現(xiàn)了空曠域，那么采用邊界轉(zhuǎn)發(fā)策略同樣也可以解決問題。3)目的節(jié)點的地理位置處于網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍以外。出現(xiàn)這種情況，意味著目的節(jié)點在網(wǎng)絡(luò)之外時，數(shù)據(jù)報文到達(dá)了整個網(wǎng)絡(luò)的邊緣的某個節(jié)點，這個節(jié)點相比于網(wǎng)絡(luò)中其他節(jié)點，距離目的節(jié)點最近。并且顯然，此時報文所在節(jié)點是它Hull樹中凸包上的節(jié)點，并非位于凸包的中心。在這種情況下，路由協(xié)議簡單地標(biāo)記此報文的目的節(jié)點不可達(dá)即可。權(quán)利要求一種基于Hull樹的無線傳感網(wǎng)絡(luò)地理位置路由尋址方法，其特征在于所述無線傳感網(wǎng)絡(luò)地理位置路由尋址方法包括以下步驟(1)、將整個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點通過與相鄰節(jié)點之間的報文交換，分布式地在每個節(jié)點上以本身節(jié)點為根節(jié)點建立一個局部HULL樹，所述局部Hull樹是指每個節(jié)點都會在它自身上面建立一個覆蓋局部網(wǎng)絡(luò)區(qū)域節(jié)點的Hull樹數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，每個Hull子樹都由凸包構(gòu)成，所述凸包是指該節(jié)點直接通訊范圍內(nèi)所有鄰居節(jié)點所形成的最小凸多邊形，Hull樹上的節(jié)點都是該凸包上的節(jié)點，Hull樹內(nèi)的每個節(jié)點都會存儲它的地理位置信息；(2)、路由控制過程(2.1)當(dāng)源節(jié)點s產(chǎn)生一個需要發(fā)往目的節(jié)點t的數(shù)據(jù)分組報文M時，所述數(shù)據(jù)分組報文M包括PNODE域，所述PNODE域是由中間轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點和源節(jié)點到中間轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點序列構(gòu)成，中間節(jié)點v收到由源節(jié)點s或鄰居節(jié)點w發(fā)來的目的節(jié)點t的數(shù)據(jù)分組報文M；(2.2)中間節(jié)點v檢查自身是否為報文M的目的節(jié)點，若是，則接收報文并停止報文的轉(zhuǎn)發(fā)；若否，則檢查是否是數(shù)據(jù)分組報文M中PNODE域所表示的中間目的節(jié)點，若是，按照數(shù)據(jù)分組報文M中所載的節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)序列，向下一跳節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)報文；若否，則進(jìn)入模式檢查(2.3)、檢查報文轉(zhuǎn)發(fā)模式(2.3.1)Tree模式中間節(jié)點v搜索自身的HULL樹，首先判斷目的節(jié)點t是否是中間節(jié)點v的鄰居節(jié)點，若是，直接廣播報文；否則，判斷目的節(jié)點t是否存在中間節(jié)點v的hull樹的子樹所形成的凸包中，如果是，則將中間節(jié)點v到該子樹根節(jié)點在中間節(jié)點v的Hull樹中查找的節(jié)點序列作為報文的轉(zhuǎn)發(fā)路徑；(2.3.2)Tree-Greedy模式中間節(jié)點v搜索存儲在本地的Hull樹，選擇其中距離目的節(jié)點t位置最近的子節(jié)點作為所傳輸?shù)呐R時目的節(jié)點，以臨時目的節(jié)點搜索Hull樹，檢查是否是數(shù)據(jù)分組報文M中PNODE域所表示的中間目的節(jié)點，若是，按照數(shù)據(jù)分組報文M中所載的節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)序列，向下一跳節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)報文；若否，則進(jìn)入模式檢查。2.如權(quán)利要求1所述的一種基于Hull樹的無線傳感網(wǎng)絡(luò)地理位置路由尋址方法，其特征在于所述檢查報文轉(zhuǎn)發(fā)模式還包括(2.3.3)、報文在轉(zhuǎn)發(fā)時進(jìn)入到了算法中止報文已轉(zhuǎn)發(fā)到某一節(jié)點q，節(jié)點q對報文檢查時發(fā)現(xiàn)目的節(jié)點在其本地凸包內(nèi)，廣播發(fā)送報文，然而廣播此報文不能得到應(yīng)答回應(yīng)、或者說目的節(jié)點不存在；丟棄報文。3.如權(quán)利要求1或2所述的一種基于Hull樹的無線傳感網(wǎng)絡(luò)地理位置路由尋址方法，其特征在于所述檢查報文轉(zhuǎn)發(fā)模式還包括(2.3.3)、報文在轉(zhuǎn)發(fā)時進(jìn)入到了算法中止報文到達(dá)的中間節(jié)點ν將是網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞哪硞€局部頂點，在中間節(jié)點ν自身的Hull樹中無法查找到比ν距離目的節(jié)點t更近的節(jié)點，采用邊界轉(zhuǎn)發(fā)策略，選擇中間節(jié)點ν的相鄰節(jié)點作為轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點。4.如權(quán)利要求1或2所述的一種基于Hull樹的無線傳感網(wǎng)絡(luò)地理位置路由尋址方法，其特征在于所述檢查報文轉(zhuǎn)發(fā)模式還包括(2.3.3)、報文在轉(zhuǎn)發(fā)時進(jìn)入到了算法中止目的節(jié)點s的地理位置處于網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍以外，數(shù)據(jù)報文到達(dá)了整個網(wǎng)絡(luò)的邊緣的某個節(jié)點，標(biāo)記此報文的目的節(jié)點不可達(dá)。5.如權(quán)利要求3所述的一種基于Hull樹的無線傳感網(wǎng)絡(luò)地理位置路由尋址方法，其特征在于所述檢查報文轉(zhuǎn)發(fā)模式還包括(2.3.3)、報文在轉(zhuǎn)發(fā)時進(jìn)入到了算法中止目的節(jié)點s的地理位置處于網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍以外，數(shù)據(jù)報文到達(dá)了整個網(wǎng)絡(luò)的邊緣的某個節(jié)點，標(biāo)記此報文的目的節(jié)點不可達(dá)。6.如權(quán)利要求1或2所述的一種基于Hull樹的無線傳感網(wǎng)絡(luò)地理位置路由尋址方法，其特征在于在所述步驟(1)中，建立一個局部HULL樹的過程為(1.1)、當(dāng)一節(jié)點P開啟時，它首先向周圍廣播查詢報文，詢問所有鄰居節(jié)點是否可以將其自身存儲的Hull樹寄送到節(jié)點P，以使節(jié)點P加入網(wǎng)絡(luò)，并構(gòu)建自身Hull樹；當(dāng)節(jié)點P廣播查詢報文時，任何鄰居節(jié)點如果接收到這樣的報文，則有以下三種反饋情況①鄰居節(jié)點w已經(jīng)存儲有Hull樹，此時返回Hull樹報文；②鄰居節(jié)點并未構(gòu)建Hull樹，則返回Hull樹構(gòu)建命令報文；③節(jié)點P直接通訊范圍之內(nèi)沒有任何節(jié)點，因此接受不到任何反饋報文；如果節(jié)點P接收到鄰居反饋的Hull樹報文，則等待足夠數(shù)量的鄰居發(fā)來Hull樹報文之后，構(gòu)建一個凸包，并將凸包上的點的Hull樹添加到節(jié)點P的Hull樹中，再向周圍鄰居節(jié)點廣播P的Hull樹；第②種情況下轉(zhuǎn)入2)，第③種情況下轉(zhuǎn)入3)；(1.2)、節(jié)點P收到Hull樹構(gòu)建命令報文，表示在這個局部范圍內(nèi)未構(gòu)建Hull樹，于是P首先以自己為根節(jié)點，接受足夠數(shù)量的鄰居返回報文之后，建立本地Hul1樹，并將自身Hull樹向鄰居節(jié)點廣播；在這個過程中會出現(xiàn)以下兩種情況a)節(jié)點P只收到了返回的Hull樹構(gòu)建命令報文，節(jié)點ρ依據(jù)鄰居節(jié)點的Hull樹構(gòu)建命令報文構(gòu)建的Hull是一個一層無子樹的Hull樹結(jié)構(gòu)；b)節(jié)點P收到的所有報文中，既有返回Hull樹構(gòu)建命令報文，也有返回的Hull樹報文，此時對節(jié)點ρ來說，同樣是先根據(jù)這些報文構(gòu)建本地Hull樹，同時判斷哪些返回Hull樹報文的鄰居節(jié)點是否是本地Hull樹的子節(jié)點，如是，則將其Hull樹添加進(jìn)本地Hull樹；如否，則拋棄。(1.3)、節(jié)點ρ收不到任何反饋報文，節(jié)點ρ沒有任何鄰居，此時建立的Hull是一個僅有以P為根節(jié)點的樹。7.如權(quán)利要求6所述的一種基于Hull樹的無線傳感網(wǎng)絡(luò)地理位置路由尋址方法，其特征在于在所述步驟(1)中，在完成Hull樹的構(gòu)建工作之后，依據(jù)實際情況維護(hù)各節(jié)點上Hull樹，具體有:a)新節(jié)點的加入根據(jù)Hull構(gòu)建階段的方法，為節(jié)點構(gòu)造Hull樹，并將其信息通知到各個鄰居節(jié)點；b)節(jié)點移動或者從暫時的休眠中恢復(fù)節(jié)點仍保存有原有的Hull樹，但此時的Hull樹信息可能已經(jīng)過時，應(yīng)當(dāng)重新發(fā)出查詢請求報文來取得新位置下，鄰居節(jié)點的位置及其存儲的Hull樹信息，通過對自身原有Hull樹的對比，修正自生Hull樹；c)節(jié)點的離開節(jié)點為它的每個鄰居節(jié)點設(shè)立一個時間閾值，所述時間閾值是節(jié)點和它鄰居節(jié)點進(jìn)行信息交換的周期，當(dāng)節(jié)點在下一周期向某個鄰居節(jié)點發(fā)出信息交換請求而在限定時間內(nèi)未收到回應(yīng)時，將刪去自身Hull樹中以這個鄰居節(jié)點為根節(jié)點的子樹，并廣播自身狀態(tài)信息。全文摘要一種基于Hull樹的無線傳感網(wǎng)絡(luò)地理位置路由尋址方法，包括以下步驟(1)分布式地在每個節(jié)點上以本身節(jié)點為根節(jié)點建立一個局部HULL樹；(2)路由控制過程(2.1)當(dāng)源節(jié)點s產(chǎn)生一個需要發(fā)往目的節(jié)點t的數(shù)據(jù)分組報文M時；(2.2)中間節(jié)點v檢查自身是否為報文M的目的節(jié)點后，再檢查是否是數(shù)據(jù)分組報文M中PNODE域所表示的中間目的節(jié)點，若是按照數(shù)據(jù)分組報文M中所載的節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)序列，向下一跳節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)報文；若否，則進(jìn)入模式檢查(2.3)、檢查報文轉(zhuǎn)發(fā)模式(2.3.1)Tree模式；(2.3.2)Tree-Greedy模式。本發(fā)明能夠節(jié)省節(jié)點能量的消耗、降低節(jié)點的內(nèi)存和處理要求、保證良好的數(shù)據(jù)傳輸、具有良好的擴(kuò)張性和魯棒性。文檔編號H04W84/18GK101800692SQ200910155230公開日2010年8月11日申請日期2009年12月10日優(yōu)先權(quán)日2009年12月10日發(fā)明者王堯,莫建華,邵奔,陳慶章申請人:浙江工業(yè)大學(xué)