[发明专利]基于方向角度的无线传感网络路由空洞优化方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于方向角度的无线传感网络路由空洞优化方法，属于无线传感器网络（WSNs）技术领域。

背景技术

无线传感器网络（WSNs）节点的计算、存储、通信能力有限，传统的固定网络与移动自组织网络的路由协议均不能有效地应用于WSNs，研究WSNs的路由协议有重要意义，路由协议可按不同的分类方法分为多种类别，其中的地理位置路由得到广泛应用，在地理位置路由中，节点通过GPS或者定位算法获知自己的位置信息，数据需要转发时，节点根据其掌握的局部网络信息，使用距离贪婪转发方式，选择位置更加接近目标节点的邻居节点作为下一跳转发节点，沿着较短的路径传输数据。由于其使用距离贪婪转发方式转发数据，不可避免的会出现贪婪转发失败的问题，转发失败的节点则成为了空洞节点，路由空洞节点的定义：在向目标节点使用距离贪婪算法建立路径时，节点会选择位置更加接近目标节点的邻居节点作为下一跳转发节点，但当邻居节点中不存在距离目标节点更近的节点时，此节点即为空洞节点。因此空洞问题的解决机制标志着路由协议的有效性。

高效的路由空洞处理机制对于地理位置路由协议是至关重要的，设计路由空洞处理机制时应该尽可能做到处理空洞的传感器节点应尽可能地少，最好空洞节点自身就能完成对空洞的处理；路由空洞处理机制带来的额外的能量开销应尽可能地少，提高能量利用率；利用少量局部网络信息完成对空洞的处理，不对路由协议的可扩展性产生影响；尽可能地接近最短路径。

发明内容

针对WSNs的路由空洞问题，本发明的目的在于提供一种基于方向角度的无线传感网络路由空洞优化方法。

本发明的技术方案是，

一种基于方向角度的无线传感网络路由空洞优化方法，该方法步骤为：

步骤1：判断路由空洞节点;

首先计算出每两个节点间的距离，通常利用通信半径确定每个节点的邻居节点，即两个节点间的距离小于某个数值即互为邻居节点，每个节点都具有自身的邻居节点集合；计算每个节点距离目标节点的距离，目标节点一般情况下已知，建立路径过程中，选取下一跳节点时如果邻居节点中不存在与本节点相比距离目标节点更近的节点时，此节点即为空洞节点；

步骤2：以空洞节点为中心构建方向邻居节点集合;

以空洞节点为中心，以空洞节点与目标节点连线的正负120度重新构建空洞节点的方向邻居节点集合{Node_i}，集合中元素个数为n，集合中的n个节点作为之后计算代价函数的备选节点；当邻居节点与空洞节点连线、空洞节点与目标节点连线的夹角小于120度时，步骤1中根据通信半径R所确定的空洞节点的邻居节点属于方向邻居节点集合{Node_i}；即，

当时，N_i+1∈{Node_i}；

其中，N_i为空洞节点，N_i+1为步骤1中通信半径R所确定的空洞节点N_i的邻居节点，为邻居节点与空洞节点连线、空洞节点与目标节点连线的夹角；

步骤3：计算方向邻居节点的下一跳代价函数；

对集合中的每个节点计算代价函数，所述代价函数为：

Ci=L(Ni+1,D)L(Ni,D),]]>

其中，L(N_i,D)表示空洞节点距离目的节点距离，L(N_i+1,D)表示集合{Node_i}中的节点到目的节点的距离，代价函数的值总是大于1。对计算出的C_i由小到大排序，构建集合{C_i}，计算{C_i}的中间值：