[发明专利]面向无线传感网的能量高效洪泛方法

说明书

技术领域

本发明属于无线传感器网络节能广播路由领域。具体涉及一种在无线传感器网络中通过局部范围内相互交换节点能量信息的方法获得局部范围节点能量次序信息，并将其应用到广播树构造中去，达到均衡使用网络节点能量、延长无线传感网生命的目标。

背景技术

无线传感器网络由传感器节点和信息采集(sink)节点组成，传感器节点负责数据的采集和传输，sink节点负责汇总网络中传感器节点发来的数据，同时也是整个网络的控制节点，对网络中其它传感器节点进行管理。

由于无线传感器网络中节点在部署后，很难进行回收。因此，在部署后很难为节点更换电池或对其再次充电。因此，节点电源耗尽，就意味着节点死亡，无法再投入使用。当一个网络中死亡节点达到一定比率时，网络可能会被分割成不连通的区域。如果区域内没有sink节点。那么该区域网络所采集的数据就无法传送出去，等同于此区域所有节点死亡。因此，需要研究一种能量均衡消耗的路由协议，避免频繁使用某些节点而导致其快速死亡。

多目标广播是从广播源向目标组连续发送信息的过程。多目标广播交通是经由广播树从广播源传送到机组中的所有接收主机。其中广播树以源节点为树根，以目的节点为树叶。

发明内容

本发明的目的是设计一种面向无线传感器网络节能广播路由协议方案。它运行于网络层，完成能量高效得广播路径建立和数据传输功能。

本发明的技术方案是：在无线传感器网络中，节点在局部范围内交换的剩余能量信息，协议保护在局部区域能量最少的一定比例的节点(如能量最少的10％节点)，降低它们作为广播树的树内节点的概率——从而降低它们参与分组转发的概率。

本发明的方法简单且易于实现。

附图说明

图1：t1时刻，低能量节点a(黑色)收到树建立请求分组；

图2：t1+t时刻，低能量节点a(黑色)的邻居已经从其他路径收到请求分组，节点a成为树叶节点；

图3：低能量节点通过延迟广播请求使自己成为树叶节点。

具体实施方式

下面结合附图及实例对本发明作进一步的说明。

协议分成三个阶段，第一阶段完成局部能量信息交换(图1，图2)。每个节点以周期T向自己相邻区域扩散自己的剩余能量信息分组。每个节点应保存一个序列号seq。每个剩余能量信息分组携带下述信息：源节点id值、seq值、该节点剩余能量数值、TTL值。Seq初值为0，每扩散一次该类分组，seq值加1。TTL值表示该分组可以扩散的范围(跳数)。这样，可以通过seq值和id值唯一的标识一个能量信息分组，避免中间节点重复转发。并且，seq可以标识能量信息分组的新鲜程度，节点可以不处理陈旧的分组。所有的能量信息分组会被邻居本地存贮后继续转发，每次转发之前将分组TTL域的值减一。如果TTL值为0，则停止转发。TTL的初值为k，k是预先指定的参数，如k＝3。那么，网络中每个节点都可以收到自己k跳邻居发来的能量信息分组。即节点可以知道k跳范围邻居的剩余能量信息。据此，使用某种排序算法节点可以计算出自己的剩余能量的排序。节点每收到一个能量信息都会重新计算能量次序。

另外，节点发送能量信息分组的间隔T可以由节点根据自己能量变化的速度动态决定，如果节点能量变化得慢就加大T，如果能量变化得快就缩短T。另外一种可供选择的方式是当本节点能量变化超过一个门限值时，就触发一次能量信息分组广播。至此，第一阶段描述完成。第一阶段进程的执行随时间持续进行下去。

在第二阶段，根据第一阶段获得的能量信息，建立广播树。过程是，源节点广播“树建立请求”分组。对于每一个收到“树建立请求”分组的节点，执行以下操作：

如果是第一次收到这个分组：

(1)建立到源节点的逆向路径；

(2)向转发此分组的发送者发送一个确认分组；

(3)节点剩余能量次序是后n％，则延迟一段时间T，否则直接转第三阶段；

(4)继续向它的邻居广播该分组。

如果已经收到过这个分组：

(1)就丢弃该分组。

每一个收到发送给自己的确认分组的节点，就因此可以知道，自己是属于树的内部节点。如果一个节点广播了数据请求分组后一段时间没有收到确认分组，就说明，自已是广播树的树叶节点。

如果一个节点发现自己是树叶节点，则会向源发送一个应答分组。应答分组沿“树建立请求”分组所经过的反向路径逐跳转发到源节点，并且途经的每一个节点都将自己标记为广播树的树内节点。