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基于最佳冗余度的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)路由方法

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基于最佳冗余度的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)路由方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于最佳冗余度的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)路由方法,包括1)在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)內(nèi),隨機(jī)拋撒若干個(gè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn),并布置用于發(fā)起查詢(xún)?nèi)蝿?wù)并接收目標(biāo)區(qū)域的CH傳來(lái)的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)處理中心;2)根據(jù)HEEDCA分簇算法將無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)分簇管理;3)數(shù)據(jù)處理中心向目標(biāo)區(qū)域發(fā)起查詢(xún)?nèi)蝿?wù),目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的CH通過(guò)AFTQCK算法計(jì)算出該查詢(xún)?nèi)蝿?wù)的最佳冗余度;4)每個(gè)目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的CH利用計(jì)算出來(lái)的最佳冗余度向數(shù)據(jù)處理中心發(fā)送數(shù)據(jù);5)重復(fù)步驟2)至4),直至無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中總能量耗盡。本發(fā)明提高了查詢(xún)成功率,最大化網(wǎng)絡(luò)生命周期;網(wǎng)絡(luò)能量消耗得以均衡并降低了能耗;滿(mǎn)足用戶(hù)服務(wù)質(zhì)量要求,消除了應(yīng)用范圍太局限的現(xiàn)象。
【專(zhuān)利說(shuō)明】基于最佳冗余度的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)路由方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于通信【技術(shù)領(lǐng)域】,涉及一種數(shù)據(jù)聚合以及路由容錯(cuò)的方法,具體涉及一種基于最佳冗余度的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)路由方法。該方法可以有效地提高查詢(xún)?nèi)蝿?wù)的成功率,并且最大化延長(zhǎng)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的生命周期。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的飛速發(fā)展,通信技術(shù)日新月異,給人們生活發(fā)生了極大的變化。近年來(lái),各種無(wú)線通信應(yīng)用層出不窮。相對(duì)于有線通信來(lái)說(shuō),無(wú)線通信具有很大的靈活性,并且節(jié)約網(wǎng)絡(luò)設(shè)施的成本,這使得它具有更加廣泛的應(yīng)用前景。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WirelessSensor Networks, WSNs)是由一組隨機(jī)部署的傳感器節(jié)點(diǎn)通過(guò)自組織的方式構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò),它的目的是協(xié)同感知、可靠傳輸和智能處理感知到的信息。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有廣泛應(yīng)用前景,在軍事監(jiān)控、設(shè)備檢測(cè)、環(huán)境科學(xué)、醫(yī)療衛(wèi)生、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、空間探測(cè)、商業(yè)應(yīng)用等領(lǐng)域具有重要的價(jià)值和意義。
[0003]WSNs常部署在無(wú)人看管的環(huán)境中,并且節(jié)點(diǎn)還可能被捕獲,然后發(fā)動(dòng)一些惡意攻擊,例如虛假路由消息攻擊、選擇性轉(zhuǎn)發(fā)攻擊、Sybil攻擊、污水池攻擊、Hello洪泛攻擊及關(guān)鍵點(diǎn)攻擊等。WSNs收集數(shù)據(jù)的方式一般分為源點(diǎn)驅(qū)動(dòng)式和基于查詢(xún)式。源點(diǎn)驅(qū)動(dòng)式是傳感節(jié)點(diǎn)周期性地向數(shù)據(jù)處理中心(Data Processing Centre,DPC)報(bào)告數(shù)據(jù),通過(guò)這種收集方式,基站能方便地收集到所有管轄區(qū)域的數(shù)據(jù),不過(guò)這種收集方式具有能量消耗較大的缺陷。而基于查詢(xún)式是基站有目的性的探尋目標(biāo)區(qū)域,這種收集方式可以確?;景踩?、及時(shí)地收集數(shù)據(jù)。
[0004]在基于查詢(xún)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中,為了滿(mǎn)足用戶(hù)服務(wù)質(zhì)量(Quality of Service,QoS)要求,往往通過(guò)增加冗余度來(lái)增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的容錯(cuò)能力,但是大量的冗余勢(shì)必會(huì)加快網(wǎng)絡(luò)能量的消耗,從而縮短網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行時(shí)間。因此需要探索最佳的源點(diǎn)冗余度和路徑冗余度來(lái)權(quán)衡查詢(xún)的可靠性和能量消耗。通常保證QoS要求主要從以下兩個(gè)方面考慮:第一,利用傳感節(jié)點(diǎn)的冗余性提供多條傳輸路徑來(lái)保證通信的可靠性;第二,通過(guò)建立針對(duì)傳輸可靠性的評(píng)估模型,用來(lái)保證每一跳信息傳輸?shù)目煽啃浴?br> [0005]目前在基于查詢(xún)的WSNs中,利用冗余機(jī)制滿(mǎn)足QoS要求的研究有:
[0006](I)多路徑路由協(xié)議,在該協(xié)議中首先建立由數(shù)據(jù)源節(jié)點(diǎn)到聚集節(jié)點(diǎn)的主要路徑,然后建立多條備選路徑;數(shù)據(jù)主要是通過(guò)主路徑來(lái)傳輸,同時(shí)也利用備選路徑進(jìn)行少部分的數(shù)據(jù)傳送,用來(lái)維護(hù)路徑的有效性;每當(dāng)主路徑失敗時(shí),就從備選路徑中選擇次優(yōu)路徑當(dāng)做新的主路徑,該路由算法雖然能保證數(shù)據(jù)可靠的傳輸,然而卻需要記錄多條路徑,導(dǎo)致能量消耗太快,很大地縮短了網(wǎng)絡(luò)的生命周期。
[0007](2)ReInForM路由協(xié)議,在該協(xié)議中,首先,數(shù)據(jù)源節(jié)點(diǎn)根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃砸笥?jì)算出所需要的傳輸路徑的條數(shù);其次,在鄰節(jié)點(diǎn)中選擇一部分節(jié)點(diǎn)當(dāng)做下一跳的中繼節(jié)點(diǎn),并給每一個(gè)節(jié)點(diǎn)按照一定的比例分配相應(yīng)的路徑數(shù)目;最后源節(jié)點(diǎn)把分配的路徑數(shù)目寫(xiě)入數(shù)據(jù)報(bào)頭并發(fā)給鄰節(jié)點(diǎn)。一旦鄰節(jié)點(diǎn)接收到源節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù),就將自己當(dāng)作源節(jié)點(diǎn),重復(fù)以上的源節(jié)點(diǎn)的構(gòu)建路由的過(guò)程。該路由算法動(dòng)態(tài)地計(jì)算傳輸路徑數(shù)目,難以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)募皶r(shí)性,而僅僅將數(shù)據(jù)的安全性作為QoS要求,導(dǎo)致應(yīng)用范圍具有很大的局限性。
[0008](3)MMSPEED路由協(xié)議,在多路徑多速率路由協(xié)議(Mult1-Path and Mult1-SpeedRouting Protocol, MMSPEED)中,數(shù)據(jù)包首先根據(jù)它們的及時(shí)性和可靠性要求選擇合適的服務(wù)選項(xiàng)組合,然后根據(jù)鄰節(jié)點(diǎn)信息進(jìn)行路由的選擇,達(dá)到端到端的QoS要求,節(jié)點(diǎn)間不需要端到端的路由尋找和記錄。該算法能夠適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)性,但是沒(méi)有考慮能量的消耗。
[0009](4) AFTQCK算法,又稱(chēng)為針對(duì)K個(gè)目標(biāo)區(qū)域的自適應(yīng)的容錯(cuò)服務(wù)質(zhì)量控制算法(Adaptive Fault-Tolerant Quality of Service Control algorithm for K areas,AFTQCK)在該算法中通過(guò)增加源節(jié)點(diǎn)和路徑的冗余度來(lái)滿(mǎn)足QoS要求,并分析了最佳的源節(jié)點(diǎn)和路徑冗余度,使得網(wǎng)絡(luò)生命周期達(dá)到最大化。該算法采用基于源節(jié)點(diǎn)和路徑冗余的多跳的數(shù)據(jù)傳輸形式,動(dòng)態(tài)地形成數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩鄺l路徑,取代通常在數(shù)據(jù)傳輸以前就確定大量冗余的多條路徑的方法,從而能保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)暮哪茌^低、可靠性較高以及網(wǎng)絡(luò)生命周期較長(zhǎng)。但是該算法僅分析了對(duì)一個(gè)區(qū)域進(jìn)行查詢(xún)的情況,對(duì)于多個(gè)區(qū)域的查詢(xún)和存在惡意節(jié)點(diǎn)或不可靠節(jié)點(diǎn)的情形,該算法沒(méi)有考慮。
[0010]上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷和不足限制了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的性能,增加了能耗,縮短了網(wǎng)絡(luò)生命周期,使其應(yīng)用范圍過(guò)于局限,因此,亟需改進(jìn)上述方法在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明的目的是提供一種基于最佳冗余度的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)路由方法,以克服利用現(xiàn)有冗余機(jī)制滿(mǎn)足QoS要求存在的技術(shù)缺陷。本發(fā)明可以很好地滿(mǎn)足用戶(hù)的QoS要求,使得能量消耗均衡并降低了能耗,消除應(yīng)用范圍太局限的現(xiàn)象,提高了查詢(xún)成功率,最大化網(wǎng)絡(luò)生命周期,提高了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的性能。
[0012]為實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明采取的技術(shù)方案是:
[0013]基于最佳冗余度的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)路由方法,按如下步驟進(jìn)行:
[0014]步驟一,在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)區(qū)域內(nèi),隨機(jī)拋撒若干個(gè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn),并布置數(shù)據(jù)處理中心(Data Processing Centre, DPC);其中,數(shù)據(jù)處理中心用于發(fā)起查詢(xún)?nèi)蝿?wù)并接收目標(biāo)區(qū)域的簇頭(Cluster Head, CH)傳來(lái)的數(shù)據(jù);
[0015]步驟二,根據(jù)混合節(jié)能分布式分簇算法(Hybrid Energy Efficient DistributedClustering Algorithm, HEEDCA)將無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)分簇管理;
[0016]步驟三,數(shù)據(jù)處理中心向目標(biāo)區(qū)域發(fā)起查詢(xún)?nèi)蝿?wù),每個(gè)目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的CH首先通過(guò)針對(duì)K個(gè)目標(biāo)區(qū)域的自適應(yīng)的容錯(cuò)服務(wù)質(zhì)量控制算法(Adaptive Fault-Tolerant Qualityof Service Control algorithm for K areas, AFTQCK)計(jì)算出該查詢(xún)?nèi)蝿?wù)在滿(mǎn)足服務(wù)質(zhì)量要求下,且使得平均無(wú)故障時(shí)間(Mean Time to Failure, MTTF)達(dá)到最大化的最佳冗余度;
[0017]步驟四,每個(gè)目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的CH利用計(jì)算出來(lái)的最佳冗余度向數(shù)據(jù)處理中心發(fā)送數(shù)據(jù);
[0018]步驟五,重復(fù)步驟二至步驟四,直至無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中總能量耗盡。
[0019]進(jìn)一步地,所述的基于最佳冗余度的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)路由方法,還包括如下步驟:數(shù)據(jù)處理中心向非目標(biāo)區(qū)域發(fā)起查詢(xún)?nèi)蝿?wù),若接受查詢(xún)?nèi)蝿?wù)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)為非目標(biāo)區(qū)域的CH,則該無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)作為中繼節(jié)點(diǎn)并向其鄰居節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)入查詢(xún)?nèi)蝿?wù),執(zhí)行步驟三。
[0020]作為優(yōu)選的技術(shù)方案,所述的基于最佳冗余度的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)路由方法,按如下步驟進(jìn)行:
[0021]步驟一,在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)區(qū)域內(nèi),隨機(jī)拋撒若干個(gè)相同的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn),并將數(shù)據(jù)處理中心布置在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)區(qū)域的中心;其中,數(shù)據(jù)處理中心用于發(fā)起查詢(xún)?nèi)蝿?wù)并接收目標(biāo)區(qū)域的CH傳來(lái)的數(shù)據(jù);
[0022]步驟二,根據(jù)HEEDCA分簇算法將無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)分簇管理;
[0023]步驟三,數(shù)據(jù)處理中心向多個(gè)目標(biāo)區(qū)域發(fā)起查詢(xún)?nèi)蝿?wù),每個(gè)目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的CH首先通過(guò)AFTQCK算法計(jì)算出該查詢(xún)?nèi)蝿?wù)在滿(mǎn)足服務(wù)質(zhì)量要求下,且使得平均無(wú)故障時(shí)間(MeanTime to Failure, MTTF)達(dá)到最大化的最佳冗余度;
[0024]步驟四,每個(gè)目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的CH利用計(jì)算出來(lái)的最佳冗余度向數(shù)據(jù)處理中心發(fā)送數(shù)據(jù);
[0025]步驟五,重復(fù)步驟二至步驟四,直至無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中總能量耗盡。
[0026]進(jìn)一步地,所述步驟二中,根據(jù)HEEDCA分簇算法將無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)分簇管理的方法為:
[0027](4.1)在每個(gè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中篩選初始簇頭;
[0028](4.2)目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的CH廣播簇頭消息,非簇頭節(jié)點(diǎn)向目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的CH發(fā)出請(qǐng)求加簇消息,收到加簇消息的目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的CH向該非簇頭節(jié)點(diǎn)發(fā)送允許加簇消息;
[0029](4.3)非簇頭節(jié)點(diǎn)選擇通信代價(jià)最小的可達(dá)簇頭作為其簇頭。
[0030]進(jìn)一步地,所述步驟三中,設(shè)每個(gè)目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的CH通過(guò)AFTQCK算法計(jì)算出查詢(xún)?nèi)蝿?wù)的最佳冗余度為(ms,mp),其中,ms表示源節(jié)點(diǎn)冗余度,!!^表示路徑冗余度;獲得最佳冗余度(ms,mp)的方法為:
[0031](5.1)計(jì)算一次由ms個(gè)普通傳感器節(jié)點(diǎn)(Sensor Nodes, SNs)向其目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的CH報(bào)告數(shù)據(jù),然后該CH經(jīng)過(guò)mp條路經(jīng)向數(shù)據(jù)處理中心傳輸數(shù)據(jù)的查詢(xún)成功傳輸?shù)母怕蔙q;
[0032](5.2)由第t次查詢(xún)要求k個(gè)簇頭(Cluster Heads, CHs)應(yīng)答的概率為Pt (k),得到第t次查詢(xún)成功的平均概率Rq (t);
[0033](5.3)計(jì)算一次由ms個(gè)SNs向其目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的CH報(bào)告數(shù)據(jù),然后該CH經(jīng)過(guò)mp條路經(jīng)向數(shù)據(jù)處理中心傳輸數(shù)據(jù)的能量消耗Eq ;
[0034](5.4)由第t次查詢(xún)要求k個(gè)CHs應(yīng)答的概率為Pt (k),得到第t次查詢(xún)消耗的平均消耗能量Eq (t);
[0035](5.5)計(jì)算每次分簇消耗的能量Eclustering ;
[0036](5.6)針對(duì)不同的(ms, mp),利用求平均無(wú)故障時(shí)間(Mean Time to Failure,MTTF)的公式計(jì)算出相應(yīng)的MTTF,記錄使得MTTF最大的(ms,mp)即為最佳冗余度,MTTF的計(jì)算公式如下:
-(N -1、
[0037]MrrF = ———1-1

j^.? 了^initial ^Threshold)
、 qλβ+ [Ecj



usiering 丨 '^'clustering )
[0038]式中,λq = I 次 /min 為查詢(xún)速率,Ethreshold = O 為能量閾值,Tclustering e [5-20]sec為分簇間隔。
[0039]進(jìn)一步地,所述每個(gè)目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的CH利用計(jì)算出來(lái)的最佳冗余度(ms,mp)向數(shù)據(jù)處理中心DPC發(fā)送數(shù)據(jù),按如下步驟進(jìn)行:
[0040](6.1)每個(gè)目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的CH隨機(jī)選擇ms個(gè)簇內(nèi)SNs,要求每個(gè)簇內(nèi)SNs向其報(bào)告數(shù)據(jù),然后CH基于投票機(jī)制處理ms個(gè)SNs傳來(lái)的數(shù)據(jù),舍棄不可信數(shù)據(jù),并將不可信數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的普通傳感器節(jié)點(diǎn)(Sensor Node, SN)記為惡意節(jié)點(diǎn),最后將可信數(shù)據(jù)取平均值得到最終數(shù)據(jù);
[0041 ] (6.2)每個(gè)目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的CH根據(jù)多路徑多速率路由協(xié)議(Mult1-Path andMult1-Speed Routing Protocol,MMSPEED)路由協(xié)議選擇mp條不相交的到達(dá)數(shù)據(jù)處理中心的路徑,并進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。
[0042]作為技術(shù)方案的優(yōu)選,所述步驟一中,無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)區(qū)域面積大小為400X400,隨機(jī)拋撒1000個(gè)相同的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn),并將數(shù)據(jù)處理中心布置在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)區(qū)域的中心,數(shù)據(jù)處理中心的坐標(biāo)為(0,0)。
[0043]與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明具有如下的優(yōu)點(diǎn):
[0044](I)本發(fā)明對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分簇綜合考慮了諸多的因素,這些因素包括網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)距離數(shù)據(jù)處理中心DPC的跳數(shù)、節(jié)點(diǎn)的剩余能量以及節(jié)點(diǎn)能耗等因素,便于控制網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)的收集與傳輸。
[0045](2)本發(fā)明在簇內(nèi)收集數(shù)據(jù)時(shí),使用投票機(jī)制舍棄惡意節(jié)點(diǎn)傳來(lái)的錯(cuò)誤數(shù)據(jù),有效地提高了數(shù)據(jù)的可靠性。
[0046](3)本發(fā)明節(jié)點(diǎn)通過(guò)提前估計(jì)最佳冗余度的方法,不僅能很大程度上提高查詢(xún)的成功率,還能最大化網(wǎng)絡(luò)的生命周期,進(jìn)而提高了網(wǎng)絡(luò)能量利用率。
[0047](4)本發(fā)明基于最佳冗余度自適應(yīng)地進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸,在完全符合無(wú)線傳感器通信特征的前提下,沒(méi)有涉及有線鏈路、移動(dòng)節(jié)點(diǎn)等條件,因此使得本發(fā)明的方法可以在不提高網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建、維護(hù)、通信成本的前提下提高網(wǎng)絡(luò)的性能。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0048]圖1本發(fā)明的總流程圖。
[0049]圖2是本發(fā)明中計(jì)算最佳冗余度的AFTQCK算法流程圖。
[0050]圖3(a)是本發(fā)明中在不同的通信環(huán)境和及時(shí)性應(yīng)答要求條件下(當(dāng)e = 0.0001,Treq = Isec時(shí)),平均無(wú)故障時(shí)間MTTF隨(ms, mp)的變化情況。
[0051]圖3(b)是本發(fā)明中在不同的通信環(huán)境和及時(shí)性應(yīng)答要求條件下(當(dāng)e = 0.01,Treq = Isec時(shí)),平均無(wú)故障時(shí)間MTTF隨(ms, mp)的變化情況。
[0052]圖3(c)是本發(fā)明中在不同的通信環(huán)境和及時(shí)性應(yīng)答要求條件下(當(dāng)e = 0.01,Treq = 0.8sec時(shí)),平均無(wú)故障時(shí)間MTTF隨(ms, mp)的變化情況。
[0053]圖4是本發(fā)明中在不同的通信環(huán)境和及時(shí)性應(yīng)答要求條件下,查詢(xún)的可靠性RQ隨(ms,mp)的變化情況。
[0054]圖5是本發(fā)明中能量消耗EC隨(ms,mp)的變化情況。
[0055]圖6是本發(fā)明中在e = 0.0001和Treq = Isec的環(huán)境下,平均無(wú)故障時(shí)間MTTF隨(ms,mp)的變化的理論分析值和仿真實(shí)驗(yàn)值的比較。
[0056]圖7是本發(fā)明中在存在10%的惡意節(jié)點(diǎn)和Treq = Isec的環(huán)境下,MTTF隨(ms, mp)的變化的理論分析值和仿真實(shí)驗(yàn)值的比較。

【具體實(shí)施方式】
[0057]為了更加清楚的闡述本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn),下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳盡的描述。
[0058]參照附圖1和圖2,本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)步驟如下:
[0059](I)在面積大小為S = AXA的平面無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)區(qū)域內(nèi),隨機(jī)拋撒η個(gè)相同的無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn),并將數(shù)據(jù)處理中心(Data Processing Centre,DPC)布置在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)區(qū)域的中心,數(shù)據(jù)處理中心DPC的坐標(biāo)為(0,0);其中,數(shù)據(jù)處理中心DPC用于發(fā)起查詢(xún)?nèi)蝿?wù)并接收目標(biāo)區(qū)域的簇頭(Cluster Head, CH)傳來(lái)的數(shù)據(jù);
[0060](2)每個(gè)無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)以概率CHprob當(dāng)選初始簇頭(Cluster Head, CH), CHprob計(jì)算公式如下:

【權(quán)利要求】
1.基于最佳冗余度的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)路由方法,其特征在于,包括如下步驟: 步驟一,在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)區(qū)域內(nèi),隨機(jī)拋撒若干個(gè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn),并布置數(shù)據(jù)處理中心;其中,數(shù)據(jù)處理中心用于發(fā)起查詢(xún)?nèi)蝿?wù)并接收目標(biāo)區(qū)域的簇頭傳來(lái)的數(shù)據(jù);步驟二,根據(jù)混合節(jié)能分布式分簇算法將無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)分簇管理; 步驟三,數(shù)據(jù)處理中心向目標(biāo)區(qū)域發(fā)起查詢(xún)?nèi)蝿?wù),每個(gè)目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的簇頭首先通過(guò)AFTQCK算法計(jì)算出該查詢(xún)?nèi)蝿?wù)在滿(mǎn)足服務(wù)質(zhì)量要求下,且使得平均無(wú)故障時(shí)間達(dá)到最大化的最佳冗余度; 步驟四,每個(gè)目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的簇頭利用計(jì)算出來(lái)的最佳冗余度向數(shù)據(jù)處理中心發(fā)送數(shù)據(jù); 步驟五,重復(fù)步驟二至步驟四,直至無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中總能量耗盡。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于最佳冗余度的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)路由方法,其特征在于還包括如下步驟:數(shù)據(jù)處理中心向非目標(biāo)區(qū)域發(fā)起查詢(xún)?nèi)蝿?wù),若接受查詢(xún)?nèi)蝿?wù)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)為非目標(biāo)區(qū)域的簇頭,則該無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)作為中繼節(jié)點(diǎn)并向其鄰居節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)入查詢(xún)?nèi)蝿?wù),執(zhí)行步驟三。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于最佳冗余度的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)路由方法,其特征在于,包括如下步驟: 步驟一,在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)區(qū)域內(nèi),隨機(jī)拋撒若干個(gè)相同的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn),并將數(shù)據(jù)處理中心布置在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)區(qū)域的中心;其中,數(shù)據(jù)處理中心用于發(fā)起查詢(xún)?nèi)蝿?wù)并接收目標(biāo)區(qū)域的簇頭傳來(lái)的數(shù)據(jù); 步驟二,根據(jù)混合節(jié)能分布式分簇算法將無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)分簇管理; 步驟三,數(shù)據(jù)處理中心向多個(gè)目標(biāo)區(qū)域發(fā)起查詢(xún)?nèi)蝿?wù),每個(gè)目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的簇頭首先通過(guò)AFTQCK算法計(jì)算出該查詢(xún)?nèi)蝿?wù)在滿(mǎn)足服務(wù)質(zhì)量要求下,且使得平均無(wú)故障時(shí)間達(dá)到最大化的最佳冗余度; 步驟四,每個(gè)目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的簇頭利用計(jì)算出來(lái)的最佳冗余度向數(shù)據(jù)處理中心發(fā)送數(shù)據(jù); 步驟五,重復(fù)步驟二至步驟四,直至無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中總能量耗盡。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的基于最佳冗余度的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)路由方法,其特征在于所述步驟二中,根據(jù)混合節(jié)能分布式分簇算法將無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)分簇管理的方法為: (4.1)在每個(gè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中篩選初始簇頭; (4.2)目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的簇頭廣播簇頭消息,非簇頭節(jié)點(diǎn)向目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的簇頭發(fā)出請(qǐng)求加簇消息,收到加簇消息的目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的簇頭向該非簇頭節(jié)點(diǎn)發(fā)送允許加簇消息; (4.3)非簇頭節(jié)點(diǎn)選擇通信代價(jià)最小的可達(dá)簇頭作為其簇頭。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的基于最佳冗余度的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)路由方法,其特征在于所述步驟三中,設(shè)每個(gè)目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的簇頭通過(guò)AFTQCK算法計(jì)算出查詢(xún)?nèi)蝿?wù)的最佳冗余度為(ms,mp),其中,ms表示源節(jié)點(diǎn)冗余度,!!^表示路徑冗余度;獲得最佳冗余度(ms, mp)的方法為: (5.1)計(jì)算一次由ms個(gè)普通傳感器節(jié)點(diǎn)向其目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的簇頭報(bào)告數(shù)據(jù),然后該簇頭經(jīng)過(guò)mp條路經(jīng)向數(shù)據(jù)處理中心傳輸數(shù)據(jù)的查詢(xún)成功傳輸?shù)母怕蔙q ;(5.2)由第t次查詢(xún)要求k個(gè)簇頭應(yīng)答的概率為Pt (k),得到第t次查詢(xún)成功的平均概率 RQ(t); (5.3)計(jì)算一次由ms個(gè)普通傳感器節(jié)點(diǎn)向其目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的簇頭報(bào)告數(shù)據(jù),然后該簇頭經(jīng)過(guò)mp條路經(jīng)向數(shù)據(jù)處理中心傳輸數(shù)據(jù)的能量消耗Eq ; (5.4)由第t次查詢(xún)要求k個(gè)簇頭應(yīng)答的概率為Pt (k),得到第t次查詢(xún)消耗的平均消耗能量Eq⑴; (5.5)計(jì)算每次分簇消耗的能量Ecdusteing ; (5.6)針對(duì)不同的(ms,mp),計(jì)算出相應(yīng)的MTTF,記錄使得MTTF最大的(ms,mp)即為最佳冗余度,MTTF的計(jì)算公式如下:
式中,λ q = I 次 /min 為查詢(xún)速率,Ethreshold = O 為能量閾值,Tclustering e [5-20] sec 為分簇間隔。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的基于最佳冗余度的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)路由方法,其特征在于所述每個(gè)目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的簇頭利用計(jì)算出來(lái)的最佳冗余度(ms,mp)向數(shù)據(jù)處理中心發(fā)送數(shù)據(jù),按如下步驟進(jìn)行: (6.1)每個(gè)目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的簇頭隨機(jī)選擇ms個(gè)簇內(nèi)普通傳感器節(jié)點(diǎn),要求每個(gè)簇內(nèi)普通傳感器節(jié)點(diǎn)向其報(bào)告數(shù)據(jù),然后簇頭基于投票機(jī)制處理ms個(gè)普通傳感器節(jié)點(diǎn)傳來(lái)的數(shù)據(jù),舍棄不可信數(shù)據(jù),并將不可信數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的普通傳感器節(jié)點(diǎn)記為惡意節(jié)點(diǎn),最后將可信數(shù)據(jù)取平均值得到最終數(shù)據(jù); (6.2)每個(gè)目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的簇頭根據(jù)多路徑多速率路由協(xié)議選擇mp條不相交的到達(dá)數(shù)據(jù)處理中心的路徑,并進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于最佳冗余度的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)路由方法,其特征在于所述步驟一中,無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)區(qū)域面積大小為400X400,隨機(jī)拋撒1000個(gè)相同的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn),并將數(shù)據(jù)處理中心布置在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)區(qū)域的中心,數(shù)據(jù)處理中心的坐標(biāo)為(0,O)。
【文檔編號(hào)】H04W40/32GK104202787SQ201410457103
【公開(kāi)日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年9月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月10日
【發(fā)明者】齊小剛, 馬豹, 劉立芳, 蔡國(guó)永, 胡明明, 楊國(guó)平, 馮海林 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué), 桂林電子科技大學(xué)
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