專利名稱：一種基于能量均衡的深空傳感器網(wǎng)絡(luò)組播路由方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種基于能量均衡的深空傳感器網(wǎng)絡(luò)組播路由方法。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中，公知的技術(shù)是近年來，隨著人類社會的進(jìn)步和發(fā)展，人類考察、勘探地外能源和拓展太陽系生存空間的需求也變得更加迫切。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由于其低功耗、低成本、分布式和自組織的特點(diǎn)，在深空探測方面有著得天獨(dú)厚的條件和技術(shù)優(yōu)勢，隨著人類對外太空探測活動的進(jìn)行，深空傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)運(yùn)而生。
深空傳感器網(wǎng)絡(luò)具有以下幾個顯著的特點(diǎn)(I)動態(tài)、隨機(jī)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)處于移動的狀態(tài)，可以隨時隨地以自組織方式構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)，受能量限制不適合采用復(fù)雜的組網(wǎng)方式。(2)間歇連接、頻繁割裂的鏈路狀態(tài)由于節(jié)點(diǎn)的移動性和通信距離的限制，不能保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時性，同時為了降低發(fā)射功率以節(jié)約能量，采用多跳路由傳輸數(shù)據(jù)。(3)帶寬受限且時變深空環(huán)境的復(fù)雜性導(dǎo)致了受限且時變的網(wǎng)絡(luò)帶寬，要求網(wǎng)絡(luò)具備容遲、容斷、容錯特性。(4)能量有限傳感器節(jié)點(diǎn)只能利用自身攜帶的太陽能電池提供能量。當(dāng)傳感器節(jié)點(diǎn)處于黑暗狀態(tài)且電池能量耗盡時，將進(jìn)入停止工作狀態(tài)。深空傳感器網(wǎng)絡(luò)中最寶貴的資源之一就是能量，可以通過設(shè)計良好的信息收發(fā)模式以節(jié)約節(jié)點(diǎn)能量。(5)路由協(xié)議簡單移動節(jié)點(diǎn)的存儲和運(yùn)算能力較弱，不適合運(yùn)行復(fù)雜的路由算法。深空環(huán)境的惡劣和復(fù)雜性給深空傳感器網(wǎng)絡(luò)帶來嚴(yán)峻的考驗(yàn)，造成傳感器節(jié)點(diǎn)的失效，這樣的環(huán)境要求深空傳感器網(wǎng)絡(luò)具有容遲與容斷的特性。相對單播而言，組播路由的優(yōu)勢在于在減少網(wǎng)絡(luò)帶寬，提高數(shù)據(jù)發(fā)送速率。因此，有必要研究深空傳感器網(wǎng)絡(luò)的組播路由協(xié)議。在深空傳感器網(wǎng)絡(luò)中，由于鏈路帶寬的時變性和鏈路的間歇連接，造成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的動態(tài)變化，同時深空通信環(huán)境復(fù)雜，這些因素都導(dǎo)致了傳輸質(zhì)量的下降和傳輸效率的降低。這是現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足之處。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足，而提供一種基于能量均衡的深空傳感器網(wǎng)絡(luò)組播路由方法的技術(shù)方案，該方案實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)間的能量均衡。保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡穆勀芸勺?，具有更聞的?shí)用性。本方案是通過如下技術(shù)措施來實(shí)現(xiàn)的一種基于能量均衡的深空傳感器網(wǎng)絡(luò)組播路由方法，其特征在于包括如下步驟I)系統(tǒng)初始化，為每個節(jié)點(diǎn)創(chuàng)建一個數(shù)據(jù)表，數(shù)據(jù)表包括節(jié)點(diǎn)ID、節(jié)點(diǎn)的傳輸概率
表、能量概率表；2)確定網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中的源節(jié)點(diǎn)S和源節(jié)點(diǎn)無線收發(fā)距離r內(nèi)的節(jié)點(diǎn)組D，
3)源節(jié)點(diǎn)S要發(fā)送數(shù)據(jù)給節(jié)點(diǎn)組D時，首先創(chuàng)建一個RREQ數(shù)據(jù)包，RREQ數(shù)據(jù)包中包括RREQ數(shù)據(jù)包的ID、源節(jié)點(diǎn)的地址、組播目的節(jié)點(diǎn)D的地址列表、源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的傳輸概率表、源節(jié)點(diǎn)的能量概率表，源節(jié)點(diǎn)周期性的廣播數(shù)據(jù)包，直到超出RREQ數(shù)據(jù)包的生存時間或者組播目的節(jié)點(diǎn)組D的地址列表為空；4)中間節(jié)點(diǎn)收到RREQ數(shù)據(jù)包后，判斷RREQ數(shù)據(jù)包的ID和源節(jié)點(diǎn)的地址是否在記錄中，如果存在，則丟棄此RREQ數(shù)據(jù)包，如果不存在，則將RREQ數(shù)據(jù)包的ID和源節(jié)點(diǎn)的地址寫入緩存中，并根據(jù)目的節(jié)點(diǎn)的地址列表、傳遞概率表和能量概率表，計算源節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)的能量/傳遞概率、中間節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)的能量/傳遞概率，分別比較兩節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)的能量/傳遞概率，如果中間節(jié)點(diǎn)的能量/傳遞概率小于源節(jié)點(diǎn)的能量/傳遞概率，則不做任何處理；如果中間節(jié)點(diǎn)的能量/傳遞概率大于源節(jié)點(diǎn)的能量/傳遞概率，則計算中間節(jié)點(diǎn)的平均能量/傳遞概率閾值，與源節(jié)點(diǎn)的平均能量/傳遞概率閾值相比較，小于該閾值時不處理RREQ數(shù)據(jù)包，大于時該閾值時中間節(jié)點(diǎn)向源節(jié)點(diǎn)返回一個RREP數(shù)據(jù)包，RREP數(shù)據(jù) 包包括RREP數(shù)據(jù)包的ID、源節(jié)點(diǎn)的地址、當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的地址、符合條件的目的地址列表Dl ；5)當(dāng)源節(jié)點(diǎn)收到RREP數(shù)據(jù)包后，比較RREP數(shù)據(jù)包的ID和源節(jié)點(diǎn)的地址是否與之前發(fā)送的RREQ數(shù)據(jù)包相同，如果相同，則查看RREP數(shù)據(jù)包的ID，如果源節(jié)點(diǎn)中沒有數(shù)據(jù)包的ID的記錄，則證明是一條新的數(shù)據(jù)包，并發(fā)送一份消息副本給中間節(jié)點(diǎn)，之后刪除與符合條件的目的地址列表Dl重復(fù)的目的節(jié)點(diǎn)地址；6)如果源節(jié)點(diǎn)的目的節(jié)點(diǎn)組D的地址列表為空，則執(zhí)行步驟3)；7)所有中間節(jié)點(diǎn)執(zhí)行步驟3)直到消息到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)或超過生存時間被丟棄，當(dāng)消息超過其生存時間時，則從緩存中刪除。所述的步驟4)中能量/傳遞概率通過公式EP(a，D)=P(a，D) X μ +Pe(a) X (1-μ )計算，其中P(a，D)為a與D之間的傳輸概率，μ e
表示表示能量/傳遞概率的權(quán)重參數(shù)，Pe (a)是節(jié)點(diǎn)a的能量概率。所述的步驟4)中平均能量/傳遞概率閾值通過公式
權(quán)利要求
1.一種基于能量均衡的深空傳感器網(wǎng)絡(luò)組播路由方法，其特征在于包括如下步驟 O系統(tǒng)初始化，為每個節(jié)點(diǎn)創(chuàng)建一個數(shù)據(jù)表，數(shù)據(jù)表包括節(jié)點(diǎn)ID、節(jié)點(diǎn)的傳輸概率表、能量概率表； 2)確定網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中的源節(jié)點(diǎn)S和源節(jié)點(diǎn)無線收發(fā)距離r內(nèi)的節(jié)點(diǎn)組D， 3)源節(jié)點(diǎn)S要發(fā)送數(shù)據(jù)給節(jié)點(diǎn)組D時，首先創(chuàng)建一個RREQ數(shù)據(jù)包，RREQ數(shù)據(jù)包中包括RREQ數(shù)據(jù)包的ID、源節(jié)點(diǎn)的地址、組播目的節(jié)點(diǎn)D的地址列表、源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的傳輸概率表、源節(jié)點(diǎn)的能量概率表，源節(jié)點(diǎn)周期性的廣播數(shù)據(jù)包，直到超出RREQ數(shù)據(jù)包的生存時間或者組播目的節(jié)點(diǎn)組D的地址列表為空； 4)中間節(jié)點(diǎn)收到RREQ數(shù)據(jù)包后，判斷RREQ數(shù)據(jù)包的ID和源節(jié)點(diǎn)的地址是否在記錄中，如果存在，則丟棄此RREQ數(shù)據(jù)包，如果不存在，則將RREQ數(shù)據(jù)包的ID和源節(jié)點(diǎn)的地址寫入緩存中，并根據(jù)目的節(jié)點(diǎn)的地址列表、傳遞概率表和能量概率表，計算源節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)的能量/傳遞概率、中間節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)的能量/傳遞概率，分別比較兩節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)的能量/傳遞概率，如果中間節(jié)點(diǎn)的能量/傳遞概率小于源節(jié)點(diǎn)的能量/傳遞概率，則不做任何處理；如果中間節(jié)點(diǎn)的能量/傳遞概率大于源節(jié)點(diǎn)的能量/傳遞概率，則計算中間節(jié)點(diǎn)的平均能量/傳遞概率閾值，與源節(jié)點(diǎn)的平均能量/傳遞概率閾值相比較，小于該閾值時不處理RREQ數(shù)據(jù)包，大于時該閾值時中間節(jié)點(diǎn)向源節(jié)點(diǎn)返回一個RREP數(shù)據(jù)包，RREP數(shù)據(jù)包包括RREP數(shù)據(jù)包的ID、源節(jié)點(diǎn)的地址、當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的地址、符合條件的目的地址列表Dl ； 5)當(dāng)源節(jié)點(diǎn)收到RREP數(shù)據(jù)包后，比較RREP數(shù)據(jù)包的ID和源節(jié)點(diǎn)的地址是否與之前發(fā)送的RREQ數(shù)據(jù)包相同，如果相同，則查看RREP數(shù)據(jù)包的ID，如果源節(jié)點(diǎn)中沒有數(shù)據(jù)包的ID的記錄，則證明是一條新的數(shù)據(jù)包，并發(fā)送一份消息副本給中間節(jié)點(diǎn)，之后刪除與符合條件的目的地址列表Dl重復(fù)的目的節(jié)點(diǎn)地址； 6)如果源節(jié)點(diǎn)的目的節(jié)點(diǎn)組D的地址列表為空，則執(zhí)行步驟3)； 7)所有中間節(jié)點(diǎn)執(zhí)行步驟3)直到消息到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)或超過生存時間被丟棄，當(dāng)消息超過其生存時間時，則從緩存中刪除。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于能量均衡的深空傳感器網(wǎng)絡(luò)組播路由方法，其特征是所述的步驟4)中能量/傳遞概率通過公式 EP (a, D)=P(a，D) X μ+Pe (a) X (l-μ)計算，其中P (a, D)為a與D之間的傳輸概率，μ e [O, I]表示表示能量/傳遞概率的權(quán)重參數(shù)，Pe (a)是節(jié)點(diǎn)a的能量概率。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的基于能量均衡的深空傳感器網(wǎng)絡(luò)組播路由方法，其特征是所述的步驟4)中平均能量/傳遞概率閾值通過公式
全文摘要
本發(fā)明提供了一種基于能量均衡的深空傳感器網(wǎng)絡(luò)組播路由方法的技術(shù)方案，該方案屬于深空傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域。主要包括相鄰節(jié)點(diǎn)交換信息并及時更新節(jié)點(diǎn)的傳遞概率表和能量概率表；根據(jù)鄰居節(jié)點(diǎn)傳遞概率和能量概率判斷鏈路的可靠性，進(jìn)行信道選擇；網(wǎng)絡(luò)擁塞時，采用消息的生存時間、節(jié)點(diǎn)的傳遞概率和能量概率作為影響因子以有效地轉(zhuǎn)移消息。本發(fā)明在一定程度上保持了節(jié)點(diǎn)的能量均衡，提高了網(wǎng)絡(luò)的生存時間，確保了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，具有更高的?shí)用性。
文檔編號H04W28/08GK102984764SQ20121055656
公開日2013年3月20日 申請日期2012年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月19日
發(fā)明者趙克文, 周賢偉, 孟郁潔 申請人:山東黃金集團(tuán)有限公司