無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于heed算法的錯(cuò)誤容忍和多路徑優(yōu)化方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于HEED算法的錯(cuò)誤容忍和多路徑優(yōu)化方法。首先進(jìn)行節(jié)點(diǎn)部署，節(jié)點(diǎn)先計(jì)算初始化參數(shù)，與鄰居節(jié)點(diǎn)進(jìn)入競(jìng)選簇頭的第二階段，確定節(jié)點(diǎn)自身是否應(yīng)該當(dāng)選簇頭，之后等待一段時(shí)間twait，當(dāng)收到所有的鄰居節(jié)點(diǎn)的第二階段完事廣播消息。節(jié)點(diǎn)進(jìn)入第三階段，確定自己的身份。然后建立簇內(nèi)路由和簇間路由。使用GG圖論模型對(duì)網(wǎng)絡(luò)中與基站通信的路由進(jìn)行路徑優(yōu)化。本發(fā)明可以降低網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的能耗，提高網(wǎng)絡(luò)工作的可靠性，延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的生存時(shí)間。
【專利說(shuō)明】無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于HEED算法的錯(cuò)誤容忍和多路徑優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是涉及無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中簇頭節(jié)點(diǎn)選擇和路由路徑優(yōu)化的一種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于HEED算法的錯(cuò)誤容忍和多路徑優(yōu)化方法。
【背景技術(shù)】
[0002]對(duì)于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，往往其中有一些會(huì)運(yùn)行在比較惡劣的外部環(huán)境中，如應(yīng)用于火山監(jiān)測(cè)的傳感網(wǎng)，其用來(lái)監(jiān)測(cè)極端條件下火山的活動(dòng)。另一方面，傳感器節(jié)點(diǎn)攜帶的能源和存儲(chǔ)資源都是受限的，在這些嚴(yán)酷的環(huán)境下傳感器節(jié)點(diǎn)很容易失效。因此，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的生存性成為設(shè)計(jì)考慮的一個(gè)重要部分，同時(shí)也是研究無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵問(wèn)題之
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[0003]目前，對(duì)于建立可靠 的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究從硬件設(shè)計(jì)到軟件設(shè)計(jì)，從協(xié)議棧的底層到高層，保障無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)生存的技術(shù)都在廣泛的發(fā)展。其中針對(duì)建立可靠的節(jié)點(diǎn)間通信鏈路方面，主要有:在物理層上應(yīng)用先進(jìn)糾錯(cuò)編碼通信技術(shù)，在鏈路上進(jìn)行差錯(cuò)控制，以及在網(wǎng)絡(luò)層上設(shè)計(jì)多路徑路由等。但是與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)相比，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有多跳，點(diǎn)對(duì)多，低能耗的鏈路通信特點(diǎn)，所以在網(wǎng)絡(luò)層依靠多路徑技術(shù)成為無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的主要手段。
[0004]在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)里數(shù)據(jù)通過(guò)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)以中繼方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞，路由協(xié)議應(yīng)該為單個(gè)節(jié)點(diǎn)提供魯棒性，防止單個(gè)節(jié)點(diǎn)的失效情況，同時(shí)因?yàn)闊o(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)鏈路的丟包現(xiàn)象，路由協(xié)議要保證數(shù)據(jù)的傳輸不依賴單個(gè)數(shù)據(jù)包，所以依靠多路徑技術(shù)同樣可以帶來(lái)源節(jié)點(diǎn)到匯聚節(jié)點(diǎn)間鏈路的可靠性。ARRIVE算法用基于拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的、樹(shù)狀的概率算法，獲得容錯(cuò)性路由來(lái)預(yù)防鏈路的失敗。但是其依靠定期洪泛的方法占用了大量的通信量，消耗資源太多。MAMP協(xié)議在HEED的基礎(chǔ)上引進(jìn)不相交多路徑路由機(jī)制，提高簇間數(shù)據(jù)傳送的可靠性。Ossama Younis等人繼續(xù)對(duì)HEED算法進(jìn)行相關(guān)的研究提出了 REED路由協(xié)議,該算法以HEED算法為分簇拓?fù)浠A(chǔ)，在它基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了 k-連通的具有很強(qiáng)魯棒性的協(xié)議，該協(xié)議適合極其惡劣的環(huán)境。REED利用HEED基礎(chǔ)拓?fù)淇刂扑惴ǖ玫絢個(gè)獨(dú)立的簇頭集CSi, I < i < k，形成k個(gè)獨(dú)立的覆蓋拓?fù)?，每個(gè)普通節(jié)點(diǎn)在k各獨(dú)立的簇頭集都有一簇頭CHj, I ^ j ^ nchi, nchi為簇頭集CSi的簇頭數(shù)；并且REED簇內(nèi)采用單跳路由，簇間采用多跳路由。這樣當(dāng)一個(gè)簇頭集里的簇頭CHj失效后，其成員節(jié)點(diǎn)很快可通過(guò)其他k-Ι簇頭集的所屬的簇頭把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到網(wǎng)絡(luò)，但是REED過(guò)于復(fù)雜的成簇算法導(dǎo)致一部分重要的能量消耗在分簇階段。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供能在在簇頭和基站之間采取優(yōu)化的多路徑進(jìn)行通信的一種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于HEED算法的錯(cuò)誤容忍和多路徑優(yōu)化方法。
[0006]本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:[0007]無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于HEED算法的錯(cuò)誤容忍和多路徑優(yōu)化方法，包括以下幾個(gè)步驟，步驟一:進(jìn)行節(jié)點(diǎn)部署，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)記做S，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)N= I S I，在N個(gè)節(jié)點(diǎn)中選擇出m個(gè)簇頭節(jié)點(diǎn)，每個(gè)普通節(jié)點(diǎn)gi e S-CH,(N-m)都能被一個(gè)簇頭節(jié)點(diǎn)覆蓋，CH為簇頭集，(^ e CH，I≤j≤m = I CH|，每個(gè)節(jié)點(diǎn)按照等概率被部署到k個(gè)不同大小的帶狀區(qū)域Ai內(nèi)，
[0008]
【權(quán)利要求】
1.無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于HEED算法的錯(cuò)誤容忍和多路徑優(yōu)化方法，其特征在于:包括以下幾個(gè)步驟， 步驟一:進(jìn)行節(jié)點(diǎn)部署，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)記做S，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)N= I S I，在N個(gè)節(jié)點(diǎn)中選擇出m個(gè)簇頭節(jié)點(diǎn)，每個(gè)普通節(jié)點(diǎn)gi e S-CH,(N-m)都能被一個(gè)簇頭節(jié)點(diǎn)覆蓋，CH為簇頭集，(^ e CH，I≤j≤m = I CH|，每個(gè)節(jié)點(diǎn)按照等概率被部署到k個(gè)不同大小的帶狀區(qū)域Ai內(nèi)，
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于HEED算法的錯(cuò)誤容忍和多路徑優(yōu)化方法，其特征在于:所述的帶狀區(qū)域Ai的競(jìng)選半徑&記為帶狀區(qū)域Ai產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量Di為:
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于HEED算法的錯(cuò)誤容忍和多路徑優(yōu)化方法，其特征在于:所述的本地平均剩余能量為:
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于HEED算法的錯(cuò)誤容忍和多路徑優(yōu)化方法，其特征在于:所述的采用GG鄰近圖算法形成多跳路由轉(zhuǎn)發(fā)，采用以下三個(gè)步驟從節(jié)點(diǎn)nodej的鄰居節(jié)點(diǎn)中選則下一跳中繼節(jié)點(diǎn): 第一步:選擇出作為下一跳中繼節(jié)點(diǎn)的次數(shù)不超過(guò)2次的鄰居節(jié)點(diǎn)nodeq, 第二步:節(jié)點(diǎn)node」從符合第一步的鄰居節(jié)點(diǎn)里,選出dist (CHi, nodeq)2+dist (nodeq, ηOdej)2最小的鄰居節(jié)點(diǎn)， 第三步:節(jié)點(diǎn)node」從符合第二步的鄰居節(jié)點(diǎn)里,選出剩余能量最高的鄰居節(jié)點(diǎn)作為下一跳中繼節(jié)點(diǎn)； 如果節(jié)點(diǎn)noc^的鄰居節(jié)點(diǎn)中沒(méi)有選擇出下一跳中繼節(jié)點(diǎn)則選擇單跳方式生成路由。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于HEED算法的錯(cuò)誤容忍和多路徑優(yōu)化方法，其特征在于:所述的采用GG鄰近圖算法形成多跳路由轉(zhuǎn)發(fā)，采用以下三個(gè)步驟從節(jié)點(diǎn)nodej的鄰居節(jié)點(diǎn)中選則下一跳中繼節(jié)點(diǎn): 第一步:選擇出作為下一跳中繼節(jié)點(diǎn)的次數(shù)不超過(guò)2次的鄰居節(jié)點(diǎn)nodeq, 第二步:節(jié)點(diǎn)node」從符合第一步的鄰居節(jié)點(diǎn)里,選出dist (CHi, nodeq)2+dist (nodeq, ηOdej)2最小的鄰居節(jié)點(diǎn)， 第三步:節(jié)點(diǎn)node」從符合第二步的鄰居節(jié)點(diǎn)里,選出剩余能量最高的鄰居節(jié)點(diǎn)作為下一跳中繼節(jié)點(diǎn)；如果節(jié)點(diǎn)noc^的鄰居節(jié)點(diǎn)中沒(méi)有選擇出下一跳中繼節(jié)點(diǎn)則選擇單跳方式生成路由。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于HEED算法的錯(cuò)誤容忍和多路徑優(yōu)化方法，其特征在于:所述的節(jié)點(diǎn)廣播成為試探簇頭的消息的內(nèi)容格式為:節(jié)點(diǎn)編號(hào)NodeID,試探簇頭標(biāo)志tentative_CH,簇內(nèi)代價(jià)EWNC,節(jié)點(diǎn)廣播競(jìng)選簇頭成功消息的內(nèi)容格式為:節(jié)點(diǎn)編號(hào)NodelD，試探簇頭標(biāo)志final_CH，簇內(nèi)代價(jià)EWNC。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于HEED算法的錯(cuò)誤容忍和多路徑優(yōu)化方法，其特征在于:所述的節(jié)點(diǎn)廣播成為試探簇頭的消息的內(nèi)容格式為:節(jié)點(diǎn)編號(hào)NodelD，試探簇頭標(biāo)志tentative_CH,簇內(nèi)代價(jià)EWNC,節(jié)點(diǎn)廣播競(jìng)選簇頭成功消息的內(nèi)容格式為:節(jié)點(diǎn)編號(hào)NodelD，試探簇頭標(biāo)志final_CH，簇內(nèi)代價(jià)EWNC。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于HEED算法的錯(cuò)誤容忍和多路徑優(yōu)化方法，其特征在于:所述的節(jié)點(diǎn)廣播成為試探簇頭的消息的內(nèi)容格式為:節(jié)點(diǎn)編號(hào)NodelD，試探簇頭標(biāo)志tentative_CH,簇內(nèi)代價(jià)EWNC,節(jié)點(diǎn)廣播競(jìng)選簇頭成功消息的內(nèi)容格式為:節(jié)點(diǎn)編號(hào)NodelD，試探簇頭標(biāo)志final_CH，簇內(nèi)代價(jià)EWNC。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于HEED算法的錯(cuò)誤容忍和多路徑優(yōu)化方法，其特征在于:所述的節(jié)點(diǎn)廣播成為試探簇頭的消息的內(nèi)容格式為:節(jié)點(diǎn)編號(hào)NodelD，試探簇頭標(biāo)志tentative_CH,簇內(nèi)代價(jià)EWNC,節(jié)點(diǎn)廣播競(jìng)選簇頭成功消息的內(nèi)容格式為:節(jié)點(diǎn)編號(hào)NodelD，試探簇頭標(biāo)志final_CH，簇內(nèi)代價(jià)EWNC。
【文檔編號(hào)】H04W84/18GK103974367SQ201410216280
【公開(kāi)日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2014年5月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月21日
【發(fā)明者】王桐, 張永紅, 趙春暉, 崔穎 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)