[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

摘要

本发明提出了属于无线传感器网络（WSNs）技术领域中的一种基于方向角度的无线传感网络路由空洞优化方法。该方法用任意两个节点间的距离小于通信半径R判断路由空洞节点；以空洞节点为中心构建基于方向角度空洞节点的方向邻居节点集合；计算邻居节点的下一跳代价函数；根据下一跳代价函数划分路由空洞下一跳节点优先等级；采用随机选择从高优先级节点集合中选取一节点作为空洞节点的下一跳；最后对空洞附近路径进行精简优化，减少路径上节点个数，得到基于方向角度的无线传感网络路由空洞优化方法。本发明既能处理空洞路由问题，也满足了WSNs的QoS需求；简单可行，在解决空洞问题上效果显著。

主权项

一种基于方向角度的无线传感网络路由空洞优化方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤1：使用距离贪婪算法建立到达目标节点的路径，判断路由空洞节点；设定通信半径R，如任意两个节点间的距离小于通信半径R,则两个节点互为邻居节点,每个节点都具有自身的邻居节点集合；再计算所有节点距离目标节点D的距离；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D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{Nodei}，其中,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{Nodei}，即，当时，Ni+1∈{Nodei},其中，Ni+1为步骤1中通信半径R所确定的空洞节点Ni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；集合{Nodei}中的元素个数n小于等于步骤1中按通信半径R计算出的空洞节点的邻居节点个数；步骤3：计算方向邻居节点的下一跳代价函数Ci；所述代价函数L(Ni,D)表示空洞节点到目的节点的距离，L(Ni+1,D)表示步骤2中重新确立的集合{Nodei}中的方向邻居节点到目标节点的距离；通过计算集合{Nodei}的代价函数Ci，并对Ci由小到大排序后，构建集合{Ci}，再计算出中间值Cmid，用作后续划分优先级的阈值；步骤4：根据下一跳代价函数Ci划分路由下一跳节点优先等级；以Cmid为阈值将{Nodei}中节点的优先级划分为2个级别：{leveli＝1}与{leveli＝0}，如果代价函数值Ci小于中间值Cmid，那么节点属于高优先级{leveli＝1}；否则，节点属于低优先级{leveli＝0}；步骤5：采用随机选择方式从高优先级节点集合{leveli＝1}中确定下一跳节点；根据优先级等级{leveli}随机选取空洞节点的下一跳节点，从步骤4中确立的高优先级节点集合{leveli＝1}中随机选取空洞节点的下一跳节点；步骤6：路径精简优化，减少路径上节点个数；在建立路径的过程中，对路径上的所有节点进行由1开始的编号,源节点的编号为1，源节点的下一跳节点编号为2，紧接着的下一跳节点编号为3，以此类推，不在路径上的节点编号为0，在建立路径成功后进行精简优化，优化原则为从源节点开始选择邻居节点中编号最大的节点直接作为下一跳节点，之后从下一跳节点按照同样原则向后精简优化，直至目的节点，确立最终的路径，被精简掉的节点由于已不在最终的路径上，编号重新置0；这样，即得到了一条解决了空洞问题并满足无线传感器网络QoS需求的路径。