[发明专利]基于可视路径及加强评估判据的定向扩散协议

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于可视路径及加强评估判据的定向扩散协议，通过建立跳数场及可视路径，缩小数据探测的转发范围，并将节点能量、传输距离作为路径加强时考虑因素之一，均衡了网络能耗。

背景技术

无线通信、嵌入式、传感器、集成电路等技术的日趋成熟，带动了体积小、功耗低、功能强的传感器飞速发展。具有感知能力、通信能力和计算能力的微型传感器开始在全世界范围内出现。无线传感器网络是由部署在监测区域内的大量廉价的微型传感器节点组成，通过无线通信的方式形成的一个多跳的自组织网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中对象的信息，并发送给观察者。目前，主要的广泛应用在军事侦察、农业生产、医疗健康监护、环境信息检测、工业生产控制、建筑与家居和商业等领域。虽然无线传感器网络具有潜在的优势和广阔的应用前景，但是这方面的研究和开发还不太成熟。大量传感器节点的能源受限，使得无线传感器在网络设计、路由协议及信息处理等领域仍然面临着巨大的挑战。加之无线传感器网络与应用的高度相关性，使得其路由协议具有多样化的特点，我们应当根据具体应用来对路由协议进行研究比较，从而确定哪一种路由协议更加适合当前的实际环境。

定向扩散协议(Directed Diffusion,DD)是一个重要的、以数据为中心的、查询驱动的平面路由协议，具有很好的鲁棒性，是无线传感器网络路由协议设计的一个里程碑。它的出现，从此改变了无线传感器网络路由协议设计为空的历史。但是，该协议在能量高效方面考虑并不充分。第一，定向扩散路由协议周期性地进行兴趣洪泛和所有探测数据的全网转发，不仅增加了网络延时而且也增加了能耗。第二，协议未考虑节点能量及节点能量消耗，当多条加强路径使用同一节点的情况下，会造成该节点能量提前耗尽，影响了整个网络的工作。

现有改进算法大多没有考虑节点剩余能量和传输路径长度等因素，因此性能提高有限。本发明针对定向扩散协议的不足，提出一种基于可视的转发路径及加强评估判据的改进路由协议(Improved Routing Protocol based on Visible Forwarding path and Promoted Evaluation criterion,VFPE)。

发明内容

发明目的：本发明提供一种基于可视路径及加强评估判据的定向扩散协议，通过建立跳数场及可视路径，缩小数据探测的转发范围，并将节点能量、传输距离作为路径加强时考虑因素之一，均衡了网络能耗。

技术方案：一种基于可视路径及加强评估判据的定向扩散协议，在兴趣扩散阶段获取节点位置，最大、最小跳数，节点剩余能量等信息；在数据探测阶段，基于可视的转发路径和某个预测跳数进行数据探测，缩小转发范围；在路径加强阶段，将节点剩余能量、能量阈值、传输路径长度等参数作为路径选择的依据，通过加强评估判据选择一条“最优”路径进行加强，之后的数据将沿着该路径进行传输。

(1)预测跳数

定向扩散路由协议中，引入源节点到达汇聚节点的预测跳数公式：

HOP(H_max,H_min)＝μH_max+(1-μ)H_min     (1)

式中：H_min和H_max分别表示源节点到汇聚节点的最小和最大跳数值；μ取值范围为0～1；只有邻居节点距离Sink的最小跳数小于该预测跳数时，才可以作为有效的下一跳节点。

(2)可视转发路径(Visible Forwarding Path,VFP)

汇聚节点位置坐标为(x_d,y_d)，任意转发节点F位置坐标为(x_f,y_f)，对于转发节点的任意邻居节点X位置坐标为(x,y)，转发角度∠SFX为θ，可视范围ψ；设源节点将数据转发到它的邻居节点F，此时F将根据它的可视范围找到其邻居节点X，通过X将数据进一步转发。

根据各点的坐标值首先得到各边的长度，然后计算出转发角度θ：