[发明专利]无线传感器网络语义敏感的任务扩散分配算法

说明书

技术领域

本发明属于无线传感器网络路由技术和普适计算的语义敏感技术领域，是两个技术领域的交叉融合。

背景技术

路由技术是无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)中的关键性网络技术，目前已有大量的路由算法，主要可分为平面式、分层式以及基于地理位置信息三大类型。平面路由协议主要代表的有SPIN、Directed diffusion和Rumor routing，这类路由中节点所处的地位都相同。他们互相协作，完成感知和传输的任务。其中，Directed diffusion是平面路由中具有代表性的协议，该协议按照路由经过每个节点计算整个路由的梯度，从而可以在多条路径中选择一条传输数据率高的路由。层次路由协议以LEACH、PEGASIS、TEEN和APTEEN为主要代表。层次路由协议将整个网络划分若干层或者簇（cluster），每个簇中选举一个节点作为簇头与Sink进行通信，LEACH协议将节点划分为不同的簇后，簇头对簇内节点进行统一的时隙分配，使用TDMA策略，簇内节点数据先传给簇头，由簇头传递给Sink。依靠地理位置的路由协议主要有Geographic Adaptive Fidelity（GAF）和Geographic and Energy Aware Routing（GEAR）等。在这类路由协议中，假设已知传感器节点的地理位置的信息，并且可以由相互之间接收到的信号强弱来判断节点间的距离，为节省能量，基于位置的路由协议将部分暂时不活动的节点休眠。

这些路由技术充分考虑了WSN能耗敏感的要求，以及WSN节点密集分布从而节点数据具有较大相关性的特点，从数据处理和传输的角度寻找适合WSN要求和特点的路由。但这些路由技术没有充分考虑到WSN网络面向具体应用的特点，网路应用相对单一和明确，没有从应用本身入手，网络节点在传输和处理数据时并不了解数据所体现的应用含义和意义。本发明针对WSN的资源受限的特性，从普适计算领域中的语义敏感计算的角度出发，设计了异质WSN中综合应用层和路由层的语义敏感的多sink多任务扩散路由算法。

发明内容

本发明的目的是提供无线传感器网络多sink多任务语义敏感的任务扩散分配算法，建立相应的路由及其局部调整的方法，显著地节省节点的能量，延长网络生存期。

本发明算法的路由建立分为三大步骤：任务扩散，路径建立和稳定传输。

步骤1任务扩散

1：由sink节点发布任务。选取sink节点的位置为网络的(0,0)坐标，定期发布任务信息，该任务信息属于应用语义描述的一部分。

2：任务信息通过泛洪方式发送全网。在任务信息泛洪的过程中，任务区域外（也称非数据源区域）的节点转发该任务信息。所有节点不转发重复的任务信息。

3：任务区域内（也称数据源区域）的节点依据任务的语义描述拆分任务，更新任务信息的内容。节点以列表的方式记录所接收的任务信息，作为后续处理的依据（该信息也属于应用语义描述的一部分）。

4：当节点记录了一个新的任务信息后，对于数据源区域的节点，设立数据采集的开始时间和采集周期。

5：当任务拆分终止时，扩散结束。

步骤2路径建立

1：任务扩散结束后，网络中节点明确网络应用，建立了任务信息列表，网络进入路径建立阶段。数据源区域和非数据源区域的路径建立采取不同方式。

2：在任务区域内的节点，路径采用分级建立的方式：

(1)节点获得满足当前任务要求的信息后，向发布此子任务的上级节点发送任务数据。

(2)下级节点需要依能力（与节点的能量、任务信息的获取能力等相关）竞争成为子任务的承担者；

(3)上级节点根据接收到任务数据的先后，为每个子任务指定唯一的任务承担者。同时节点记录该任务数据的信息，当收到由其它节点发送的同一任务数据的信息时，向其发送停止发送控制包，通知该节点取消任务。

3：在任务区域外的节点不进行任务拆分，依据任务列表记录中上级节点到达的先后，选取下一跳节点。节点向发送了重复任务数据信息的节点发出停止发送控制分组，通知该节点取消任务。

4：最后，任务区域内的节点形成一条满足应用要求的任务采集路径。sink所需的任务信息由任务区域内的节点采集并处理之后，通过任务区域外的节点逐跳传回给sink。

步骤3稳定传输

1：路径建立完成后，网络进入稳定传输阶段。任务信息定期地沿已确立的路径传送回sink节点。