專利名稱：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中一種基于地理信息的反應(yīng)式路由協(xié)議的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提出一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于地理信息的反應(yīng)式路由協(xié)議，涉及的部分 為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議技術(shù)。
背景技術(shù)：
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks)是由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)大量的微 型傳感器節(jié)點(diǎn)通過無線通信形成的一個(gè)多跳的自組織網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其目的是協(xié)作地感知、采 集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域里被監(jiān)測對象的信息，并發(fā)送給觀察者。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種無中心節(jié)點(diǎn)的全分布系統(tǒng)。通過隨機(jī)投放的方式，眾多傳 感器節(jié)點(diǎn)被密集部署于監(jiān)控區(qū)域。這些傳感器節(jié)點(diǎn)集成有傳感器，數(shù)據(jù)處理單元和通信模 塊，他們通過無線信道相連，自組織地構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。傳感器節(jié)點(diǎn)之間具有良好的協(xié)作能 力，通過局部的數(shù)據(jù)交換來完成全局任務(wù)。由于傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能要求，多跳，對等通信方 式交織傳統(tǒng)的單跳、主從通信方式更適合于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)還可有效避免在長距離 無線通信過程中所遇到的衰減和干擾等各種問題。通過網(wǎng)關(guān)，傳感器網(wǎng)絡(luò)還可以連接到現(xiàn) 有的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施上(如Internet，移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)等)，從而將采集到的信息傳給遠(yuǎn)程的終 端用戶使用。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究中，基于地理信息的路由協(xié)議一直是一個(gè)熱點(diǎn)。運(yùn)用節(jié) 點(diǎn)實(shí)際物理的地理信息，一些地理路由協(xié)議可以使得每個(gè)節(jié)點(diǎn)在傳送數(shù)據(jù)包時(shí)決定下一跳 節(jié)點(diǎn)，并且可以通過地理信息計(jì)算出源節(jié)點(diǎn)與目標(biāo)節(jié)點(diǎn)間的最短路徑，從而得到最優(yōu)的路 徑信息。在眾多地理路由協(xié)議中，最具影響力，最經(jīng)典的路由協(xié)議為GPSRtereedyPerimeter Stateless Routing)路由協(xié)議，GPSR路由算法是使用地理位置信息實(shí)現(xiàn)路由(非輔助作 用)的一種算法，它使用貪婪算法來建立路由。當(dāng)源節(jié)點(diǎn)需要向目的節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)分組的 時(shí)候，它首先在自己的所有鄰居節(jié)點(diǎn)中選擇一個(gè)距目的節(jié)點(diǎn)最近的節(jié)點(diǎn)作為數(shù)據(jù)分組的下 一跳，然后將數(shù)據(jù)傳送給它。該過程一直重復(fù)，直到數(shù)據(jù)分組到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)或某個(gè)最佳主 機(jī)。產(chǎn)生或收到數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)向以歐氏距離計(jì)算出的最靠近目的節(jié)點(diǎn)的鄰節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，但 由于數(shù)據(jù)會到達(dá)沒有比該節(jié)點(diǎn)更接近目的點(diǎn)的區(qū)域(稱為空洞)，導(dǎo)致數(shù)據(jù)無法傳輸，當(dāng)出 現(xiàn)這種情況時(shí)，空洞周圍的節(jié)點(diǎn)能夠探測到，并利用右手法則沿空洞周圍傳輸來解決此問 題。許多地理路由協(xié)議均是采用GPSR的主要思想。即均采用貪婪算法來選擇最短路徑， 利用鄰居表中鄰居節(jié)點(diǎn)與目標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間距離進(jìn)行相應(yīng)的路徑選擇機(jī)制。在眾多的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議中，按照路由啟動(dòng)方式可以分為先驗(yàn)式路由協(xié) 議和反應(yīng)式路由協(xié)議。先驗(yàn)式路由協(xié)議中典型的有DSDV，TBRPF以及0LSR，這些協(xié)議是一 種基于表格的路由協(xié)議。在這種協(xié)議中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)維護(hù)一張或多張表格，這些表格包含到達(dá) 網(wǎng)絡(luò)中其它所有節(jié)點(diǎn)的路由信息。當(dāng)檢測到網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí)，節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送 路由更新信息。收到更新信息的節(jié)點(diǎn)更新自己的表格，以維護(hù)一致的、及時(shí)的、準(zhǔn)確的路由 信息。典型的反應(yīng)式路由有A0DV，DSR等，其協(xié)議是一種當(dāng)需要一條從源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的 路徑進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)才查找路由的路由選擇方式。節(jié)點(diǎn)并不保存整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的及時(shí)準(zhǔn)確的路
4由信息。當(dāng)源節(jié)向目的節(jié)點(diǎn)發(fā)送報(bào)文時(shí)，源節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中發(fā)起路由查找過程，找到相應(yīng)的路 由后，才開始發(fā)送報(bào)點(diǎn)要文。為了提高效率，節(jié)點(diǎn)可以將找到的路由保存在緩存中供后續(xù)發(fā) 送使用。反應(yīng)式路由協(xié)議按需路由的特點(diǎn)可以較好地適應(yīng)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)較為頻繁的無線網(wǎng)絡(luò)環(huán) 境，節(jié)點(diǎn)發(fā)生移動(dòng)后，只需要更新需要發(fā)送數(shù)據(jù)的相關(guān)路徑的路由信息即可。本發(fā)明利用網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的地理信息，結(jié)合反應(yīng)式路由協(xié)議的思想，設(shè)計(jì)出一 種低開銷、高可靠性以及高效的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)地理信息反應(yīng)式路由協(xié)議(RGRP， ReactiveGeographic Routing Protocol)0
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有地理信息路由協(xié)議的不足，從路由協(xié)議開 銷、路由協(xié)議可靠性以及路由協(xié)議性能三個(gè)方面進(jìn)行了改進(jìn)與提高，提出了一種無線傳感 器網(wǎng)絡(luò)中基于地理信息的反應(yīng)式路由協(xié)議，該協(xié)議降低了路由協(xié)議的開銷，提高了路由協(xié) 議的可靠性以及增加了路由協(xié)議的高效性。本發(fā)明采用的技術(shù)方案無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中一種基于地理信息的反應(yīng)式路由協(xié) 議，其特點(diǎn)在于采用反應(yīng)式路由協(xié)議機(jī)制，取消節(jié)點(diǎn)間鄰居表的應(yīng)用、加強(qiáng)路由表的功能， 減少網(wǎng)絡(luò)中用于路由發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)包的種類，應(yīng)用歐氏距離獲得地理位置上距離最短的路徑信 息。其中(1)反應(yīng)式路由協(xié)議機(jī)制反應(yīng)式路由協(xié)議又稱隨選路由或者按需路由，是一種當(dāng)需要時(shí)才查找路由的路由 選擇方式。節(jié)點(diǎn)不需要維護(hù)及時(shí)準(zhǔn)確的路由信息，當(dāng)需要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)才發(fā)起路由查找過程。 與先驗(yàn)式路由協(xié)議相比，反應(yīng)式路由協(xié)議的開銷小，但是數(shù)據(jù)報(bào)傳送的時(shí)延較大，不適合于 實(shí)時(shí)性的應(yīng)用。常用的反應(yīng)式路由協(xié)議有A0DV、DSR、T0RA等。(2)取消鄰居表的應(yīng)用、加強(qiáng)路由表的應(yīng)用取消鄰居表的應(yīng)用，取而代替的是將路由請求以廣播的形式在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)進(jìn)行傳遞。 其次加強(qiáng)路由表的功能，在路由表中增加下一跳與目的節(jié)點(diǎn)距離信息，路由條目生命周期， 以及路由條目建立時(shí)間等。(3)減少網(wǎng)絡(luò)中用于路由發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)包的種類在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中僅僅使用兩種數(shù)據(jù)包進(jìn)行路由發(fā)現(xiàn)，路由請求數(shù)據(jù)包(RREQ)以及 路由回復(fù)數(shù)據(jù)包(RREP)。并且路由請求數(shù)據(jù)包必須以廣播的方式進(jìn)行傳輸，路由回復(fù)數(shù)據(jù) 包必須以單播的方式進(jìn)行傳輸。此外，網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)中，僅源節(jié)點(diǎn)可以創(chuàng)建路由請求數(shù)據(jù) 包，目的節(jié)點(diǎn)可以創(chuàng)建路由回復(fù)數(shù)據(jù)包，其他節(jié)點(diǎn)均只能轉(zhuǎn)發(fā)路由數(shù)據(jù)包。(4)應(yīng)用歐氏距離獲得地理位置上距離最短的路徑信息利用無線網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)的地理位置信息進(jìn)行源節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)間最短距離的計(jì) 算，從而獲得多條路徑中的最優(yōu)路徑。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是(1)采用反應(yīng)式路由機(jī)制較大程度上降低了路由協(xié)議中用于路由發(fā)現(xiàn)的數(shù)據(jù)包開銷。同時(shí)，取消鄰居表的 應(yīng)用，傳統(tǒng)路由協(xié)議需要維護(hù)節(jié)點(diǎn)間的連通性，因而要周期性的發(fā)送Hello數(shù)據(jù)包，因而， 取消鄰居表的應(yīng)用，僅僅加強(qiáng)路由表的功能，降低了路由協(xié)議的開銷，節(jié)省了網(wǎng)絡(luò)能耗，延長了網(wǎng)絡(luò)生命期。(2)高可靠性的地理路由協(xié)議利用地理信息作為獲得最有路徑的判斷依據(jù)，傳統(tǒng)的地理路由協(xié)議會造成“空洞” 現(xiàn)象，即便有優(yōu)化的地理路由協(xié)議，但是在可靠性上任然不能得到保證，沒有具體的可靠性 措施。本發(fā)明采用一定的連路斷裂可靠性措施來保障路由協(xié)議的連通性。從而提高了路由 協(xié)議的可靠性。(3)高效性能的路由協(xié)議本發(fā)明避免了現(xiàn)階段地理路由協(xié)議統(tǒng)一的貪婪機(jī)制選取路徑的方法，提高了網(wǎng)絡(luò) 傳輸?shù)男阅?，尤其是在需求較大的網(wǎng)絡(luò)中時(shí)，時(shí)延會有較大的差別。
圖1為路由請求數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸圖；圖2為路由回復(fù)數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸圖；圖3為節(jié)點(diǎn)在路由請求階段創(chuàng)建反向路由表以及計(jì)算最短距離；圖4(a)為節(jié)點(diǎn)在路由請求階段更新路由表；圖4(b)為節(jié)點(diǎn)更新路由表的結(jié)果；圖5為節(jié)點(diǎn)在路由回復(fù)階段創(chuàng)建反向路由表以及計(jì)算最短距離；圖6(a)為節(jié)點(diǎn)在路由回復(fù)階段更新路由表；圖6(b)為節(jié)點(diǎn)更新路由表的結(jié)果；圖7為鏈路斷裂圖；圖8為節(jié)點(diǎn)擴(kuò)大其廣播范圍圖；圖9為RGRP與GPSR (B = 0. 5)以及GPSR (B = 2. 5)下的路由開銷變化圖；圖 10 (a) RGRP 與 GPSR 在 128Kbps，250bytes 下的丟包率變化圖；圖 10 (b) RGRP 與 GPSR 在 512Kbps，IOOObytes 下的丟包率變化圖；圖11 (a) RGRP與GPSR在2Kbps，64bytes下的端到端延遲變化圖；圖11(b) RGRP與GPSR在128Kbps，250bytes下的端到端延遲變化圖；圖11 (c)RGRP與GPSR在512Kbps，IOOObytes下的端到端延遲變化圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明針對過去地理路由協(xié)議開銷大、可靠性低以及效率差的缺點(diǎn)有針對性的進(jìn) 行了協(xié)議的開發(fā)，可以分為三個(gè)部分降低路由發(fā)現(xiàn)開銷，尋找最短路徑，以及鏈路斷裂可 靠性措施。1.降低路由發(fā)現(xiàn)的開銷為了降低路由發(fā)現(xiàn)的開銷，本發(fā)明僅采用兩種數(shù)據(jù)包完 成整個(gè)路由發(fā)現(xiàn)過程路由請求數(shù)據(jù)包和路由回復(fù)數(shù)據(jù)包。而整個(gè)路由發(fā)現(xiàn)過程可以分為 兩個(gè)階段路由請求階段和路由回復(fù)階段。1)路由請求階段參照圖1，當(dāng)節(jié)點(diǎn)A要傳輸數(shù)據(jù)信息給節(jié)點(diǎn)D，節(jié)點(diǎn)A則創(chuàng)建路 由請求數(shù)據(jù)包，設(shè)置路由請求數(shù)據(jù)包目的節(jié)點(diǎn)的地址為節(jié)點(diǎn)D的地址，并且以廣播的形式 將其發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)中。其它節(jié)點(diǎn)收到這個(gè)路由請求數(shù)據(jù)包后，則檢查這個(gè)數(shù)據(jù)包的目的地址 是否是自身地址，如果是自身地址，則創(chuàng)建路由回復(fù)數(shù)據(jù)包并且單播的方式發(fā)送出去，如果不是自身體地址，則節(jié)點(diǎn)仍然以廣播的形式將此路由請求數(shù)據(jù)包廣播出去。2)路由回復(fù)階段參照圖2，當(dāng)節(jié)點(diǎn)D接收到來自節(jié)點(diǎn)A的路由請求數(shù)據(jù)包時(shí)，創(chuàng) 建路由回復(fù)數(shù)據(jù)包并且將其以單播的形式發(fā)送給源節(jié)點(diǎn)A。當(dāng)其他節(jié)點(diǎn)接收到路由回復(fù)數(shù) 據(jù)包時(shí)，則會檢查路由回復(fù)數(shù)據(jù)包的目的地址是否是自身地址，如果是自身地址，則完成本 次路由發(fā)現(xiàn)過程，如果不是，節(jié)點(diǎn)則以相同的單播方式傳遞路由回復(fù)數(shù)據(jù)包。為了有效的降低路由發(fā)現(xiàn)過程的開銷，我們采用兩種方式來減少路由發(fā)現(xiàn)過程中 應(yīng)用的數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)。1.我們應(yīng)用反應(yīng)式路由協(xié)議的思想，節(jié)點(diǎn)不必一直維護(hù)路由表以及鄰 居表，僅僅當(dāng)有數(shù)據(jù)需要傳輸?shù)臅r(shí)候，節(jié)點(diǎn)才會創(chuàng)建路由表并且每個(gè)路由表?xiàng)l目都有一定 的生命周期，超過這個(gè)時(shí)間，節(jié)點(diǎn)將不在維護(hù)此路由表。這樣除了本次路由發(fā)現(xiàn)所需的信息 之外，節(jié)點(diǎn)不必維護(hù)與此次路由發(fā)現(xiàn)無關(guān)的任何信息。2.我們?nèi)∠肃従颖淼膽?yīng)用，從而加 強(qiáng)了路由表的應(yīng)用，從而進(jìn)一步的降低了路由發(fā)現(xiàn)的開銷。2.尋找最短路徑本發(fā)明應(yīng)用節(jié)點(diǎn)的地理坐標(biāo)進(jìn)行源節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)間最短路 徑的發(fā)現(xiàn)。與GPSR不同的是，我們將采用兩個(gè)步驟完成整個(gè)最短路徑的發(fā)現(xiàn)。路由請求階 段以及路由回復(fù)階段。1)路由請求階段節(jié)點(diǎn)接收到路由請求數(shù)據(jù)包時(shí)，首先會創(chuàng)建一個(gè)特殊的路由表，我們稱之為反向 路由表。這個(gè)反向路由表不同于普通的路由表，其記錄和指明到達(dá)源節(jié)點(diǎn)的路由信息。此 外，節(jié)電每次將會計(jì)算發(fā)送路由請求數(shù)據(jù)包的節(jié)點(diǎn)與源節(jié)點(diǎn)之間的距離。為了方便起見，我 們采用兩個(gè)變量用來說明整個(gè)過程，shortest和gap。shortest為目前最短的距離，gap為 當(dāng)前計(jì)算得出新的距離。如圖3所示，當(dāng)節(jié)點(diǎn)A廣播路由請求數(shù)據(jù)包給節(jié)點(diǎn)B和節(jié)點(diǎn)E時(shí)， 節(jié)點(diǎn)B和節(jié)點(diǎn)E將創(chuàng)建一個(gè)反向路由表記錄目的地址為源節(jié)點(diǎn)A的數(shù)據(jù)包到達(dá)此節(jié)點(diǎn)時(shí)的 下一跳信息。此外，節(jié)點(diǎn)B和節(jié)點(diǎn)E計(jì)算出發(fā)送這個(gè)路由請求數(shù)據(jù)包的節(jié)點(diǎn)到達(dá)源節(jié)點(diǎn)A之 間的距離，在圖3中，由于節(jié)點(diǎn)A對于節(jié)點(diǎn)B和節(jié)點(diǎn)E來說，既是源節(jié)點(diǎn)也是發(fā)送路由請求 數(shù)據(jù)包的節(jié)點(diǎn)，因此shortest均是0。之后，當(dāng)節(jié)點(diǎn)B繼續(xù)廣播此路由請求數(shù)據(jù)包時(shí)，這個(gè) 數(shù)據(jù)包再次到達(dá)節(jié)點(diǎn)E。節(jié)點(diǎn)E計(jì)算出節(jié)點(diǎn)B與節(jié)點(diǎn)A之間的距離gap，發(fā)現(xiàn)gap大于之前 的shortest，則丟棄此路由請求數(shù)據(jù)包。當(dāng)路由請求數(shù)據(jù)包被傳遞到節(jié)點(diǎn)F時(shí)，如圖4(a) 所示，節(jié)點(diǎn)F創(chuàng)建反向路由表當(dāng)其接收到來自節(jié)點(diǎn)G發(fā)送路由請求數(shù)據(jù)包時(shí)，并且將節(jié)點(diǎn)G 作為通往節(jié)點(diǎn)A的下一跳節(jié)點(diǎn)并且計(jì)算出shortest。此時(shí)，節(jié)點(diǎn)C再次廣播這個(gè)路由請求 數(shù)據(jù)包，則節(jié)點(diǎn)F計(jì)算節(jié)點(diǎn)C與節(jié)點(diǎn)A之間的距離gap。此時(shí)gap < shortest，節(jié)點(diǎn)F則更 新路由表，將節(jié)點(diǎn)C作為通往節(jié)點(diǎn)A的下一跳節(jié)點(diǎn)并且將gap賦予shortest。如圖4(b)所 示為節(jié)點(diǎn)F更新路由表結(jié)束后的路徑信息。2)路由回復(fù)階段在路由回復(fù)階段，本發(fā)明采用相同的機(jī)制進(jìn)行最短路徑的選擇，與路由請求階段 不同的是，節(jié)點(diǎn)只能以單播的形式發(fā)送路由回復(fù)數(shù)據(jù)包，并且在計(jì)算反向路由時(shí)，是計(jì)算發(fā) 送路由回復(fù)數(shù)據(jù)包的節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)之間的距離。如圖5所示，節(jié)點(diǎn)D接收到發(fā)給自己的 路由請求數(shù)據(jù)包后，創(chuàng)建路由回復(fù)數(shù)據(jù)包并且單播形式將其發(fā)送給在路由請求階段創(chuàng)建的 反向路由表所指明的路由信息。節(jié)點(diǎn)D發(fā)送路由回復(fù)數(shù)據(jù)包給節(jié)點(diǎn)F。如圖6(a)所示，當(dāng)節(jié)點(diǎn)C接收到來自節(jié)點(diǎn)F發(fā)送的路由回復(fù)數(shù)據(jù)包，節(jié)點(diǎn)C計(jì)算 節(jié)點(diǎn)F與節(jié)點(diǎn)D之間的距離并將其記錄為shortest。當(dāng)節(jié)點(diǎn)D發(fā)送路由回復(fù)數(shù)據(jù)包給節(jié)點(diǎn)
7C時(shí)，節(jié)點(diǎn)C再次計(jì)算gap。此時(shí)，由于節(jié)點(diǎn)D既是發(fā)送路由回復(fù)數(shù)據(jù)包的節(jié)點(diǎn)又是目的節(jié) 點(diǎn)，從而gap為0。因?yàn)間ap < shortest，節(jié)點(diǎn)C更新路由表，如圖6(b)所示，最終的最短 路徑被選擇出來。3.鏈路斷裂可靠性措施由于有的時(shí)候鏈路中節(jié)點(diǎn)死亡或是其他原因造成鏈路 斷開，本發(fā)明提出一種措施來彌補(bǔ)這種情況從而使鏈路再次可用。如圖7所示，由于節(jié)點(diǎn)B 導(dǎo)致鏈路失敗，我們創(chuàng)建了一個(gè)變量MAX_RREQ_RETRIES，用來指明節(jié)點(diǎn)A可以發(fā)送路由請 求數(shù)據(jù)包最多的次數(shù)，如果節(jié)點(diǎn)A發(fā)送的次數(shù)超過了 MAX_RREQ_RETRIES，則意味著網(wǎng)絡(luò)中 沒有節(jié)點(diǎn)A到達(dá)節(jié)點(diǎn)D的有效路徑。節(jié)點(diǎn)A將會擴(kuò)大自身的廣播范圍，如圖8所示，節(jié)點(diǎn)A 在一定時(shí)間內(nèi)沒有接收到路由回復(fù)數(shù)據(jù)包，則擴(kuò)大其自身的廣播范圍。這時(shí)，節(jié)點(diǎn)E在節(jié)點(diǎn) A新擴(kuò)張的廣播范圍內(nèi)，從而使得節(jié)點(diǎn)A與節(jié)點(diǎn)D之間又有了一條有效的鏈路。這里，我們 又創(chuàng)建一個(gè)變量MAX_RETRIES，用于指明節(jié)點(diǎn)A可以擴(kuò)大其自身廣播范圍的次數(shù)。示范性實(shí)例分析網(wǎng)絡(luò)中路由協(xié)議開銷、路由協(xié)議丟包率以及端到端延遲成為驗(yàn)證網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議開 銷、路由協(xié)議可靠性以及路由協(xié)議有效性的重要指標(biāo)。在各種不同的情況下，本發(fā)明采取最 具代表性，最有影響力的地理路由協(xié)議GPSR作為對比對象，并且由于Hello數(shù)據(jù)包發(fā)送間 隔(B)對于GPSR來講，是一個(gè)非常關(guān)鍵的參數(shù)，從而將本發(fā)明的路由協(xié)議RGRP與GPSR在 其兩中B下進(jìn)行對比，使用的仿真工具是被業(yè)界公認(rèn)的NS2仿真工具。為了增強(qiáng)對比的說服力，設(shè)置了三種情況來模擬現(xiàn)實(shí)的低等、中等、高等三個(gè)等級 需求的網(wǎng)絡(luò)。場景1 數(shù)據(jù)傳輸率2Kbps ；數(shù)據(jù)包大小64byteS ；場景2 數(shù)據(jù)傳輸率128Kbps ；數(shù)據(jù)包大小250bytes ；場景3 數(shù)據(jù)傳輸率512Kbps ；數(shù)據(jù)包大小1000bytes ；此外，采用多種節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)場景進(jìn)行對比，依次為5，10，15，20，25，50個(gè)隨機(jī)分布 節(jié)點(diǎn)情況下的對比情況。圖9所示為RGRP與GPSR(B = 2. 5)以及GPSR(B = 5. 0)之間網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議開銷對 比圖。由圖中可以看到，在25個(gè)隨機(jī)節(jié)點(diǎn)的情況下，RGRP所用到的數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)少于50個(gè)， 然而GPSR(B = 0. 25)以及GPSR(B = 0. 5)分別用掉641和352個(gè)數(shù)據(jù)包。這是由于GPSR 需要發(fā)送大量的Hello數(shù)據(jù)包進(jìn)行維護(hù)鄰居之間的連通性，而這個(gè)正式RGRP所不需要的部 分。此外，值得注意的一點(diǎn)是，當(dāng)節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)為50個(gè)時(shí)，GPSR的開銷成上升趨勢，而RGRP并 沒有隨著節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)增加而增加，這正式體現(xiàn)了反應(yīng)式路由的特點(diǎn)，僅與路徑相關(guān)的路由信 息才會用上，非此條路徑上的任何信息都不需要發(fā)送數(shù)據(jù)包進(jìn)行記錄等。圖10(a)以及圖10(b)所示為在場景2與場景3下，RGRP與GPSR (B = 2. 5)以及 GPSR(B = 5. 0)之間網(wǎng)絡(luò)丟包率的對比圖。由于在場景1的情況，數(shù)據(jù)傳輸率比較低并且數(shù) 據(jù)包的個(gè)數(shù)比較小，相當(dāng)于低等需求的網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而RGRP與GPSR均能無丟包的完成數(shù)據(jù)傳輸 任務(wù)。但當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸率以及數(shù)據(jù)包大小增加時(shí)，我們可以看到，RGRP的丟包率均小于GPSR 的丟包率。 圖11 (a)、圖11 (b)以及圖11 (c)所示為在場景1、場景2和場景3下數(shù)據(jù)傳輸端到 端的延遲比較圖。在場景1下，由于網(wǎng)絡(luò)需求并非很高，因此RGRP與GPSR均表現(xiàn)的比較好， 時(shí)延小于0. 03ms。但隨著網(wǎng)絡(luò)需求變高，GPSR(B = 2. 5)和GPSR(B = 5. 0)均大于RGRP。
綜上所述，從以上的仿真實(shí)驗(yàn)可以看出，本發(fā)明在網(wǎng)絡(luò)開銷、網(wǎng)絡(luò)可靠性以及網(wǎng)絡(luò) 有效性上均有較良好的表現(xiàn)。
權(quán)利要求
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中一種基于地理信息的反應(yīng)式尋找最短路由的方法，其特征在于包括下列步驟(1)發(fā)現(xiàn)路由請求階段的最短路徑以及建立反向路由表；(2)發(fā)現(xiàn)路由回復(fù)階段的最短路徑以及建立反向路由表；(3)擴(kuò)張廣播半徑的路由鏈路斷裂可靠性處理方式；(4)應(yīng)用反應(yīng)式路由思想，取消節(jié)點(diǎn)間鄰居表的應(yīng)用以及加強(qiáng)路由表的應(yīng)用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中一種基于地理信息的反應(yīng)式尋找最短路 由的方法，其特征在于所述步驟(1)中發(fā)現(xiàn)路由請求階段的最短路徑以及建立反向路由 表，步驟為步驟1. 1 在路由請求階段源節(jié)點(diǎn)在沒有到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的路由信息時(shí)發(fā)起路由請求， 創(chuàng)建路由請求數(shù)據(jù)包并且以廣播的方式發(fā)送路由請求數(shù)據(jù)包；步驟1. 2 節(jié)點(diǎn)在接收到路由請求數(shù)據(jù)包后，首先計(jì)算發(fā)送此路由請求信息的節(jié)點(diǎn)與 源節(jié)點(diǎn)的距離，記錄為gap ；查看此路由請求數(shù)據(jù)包的目的地址，如果目的地址為自身地 址，則以單播方式發(fā)送路由回復(fù)數(shù)據(jù)包，否則繼續(xù)以廣播的方式傳遞路由請求數(shù)據(jù)包；步驟1.3 如果節(jié)點(diǎn)第一次接收到這個(gè)路由請求數(shù)據(jù)包，則建立反向路由表和路由條 目，并將gap記錄為shortest并且作為當(dāng)前距離源節(jié)點(diǎn)的最短距離；記錄發(fā)送此路由請求 數(shù)據(jù)包的節(jié)點(diǎn)為通往源節(jié)點(diǎn)的信息到達(dá)此節(jié)點(diǎn)后的下一跳節(jié)點(diǎn)；如果不是第一次接收到路 由請求信息，則比較shortest與當(dāng)前的距離gap ；如果gap < shortest，則更新路由表中下 一跳節(jié)點(diǎn)信息以及將shortest記錄為gap ；如果gap > shortest，則丟棄此路由請求數(shù)據(jù) 包。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中一種基于地理信息的反應(yīng)式尋找最短路 由的方法，其特征在于所述步驟(2)中發(fā)現(xiàn)路由回復(fù)階段的最短路徑以及建立反向路由 表，步驟為步驟2. 1 節(jié)點(diǎn)接收到發(fā)送給自身的路由請求數(shù)據(jù)包后，則創(chuàng)建路由回復(fù)數(shù)據(jù)包，目的 地址為發(fā)送路由請求數(shù)據(jù)包的源地址，路由回復(fù)數(shù)據(jù)包以單播的方式在網(wǎng)絡(luò)中傳輸；步驟2. 2:節(jié)點(diǎn)接收到路由回復(fù)數(shù)據(jù)包時(shí)，首先計(jì)算發(fā)送此路由回復(fù)數(shù)據(jù)包的節(jié)點(diǎn)與 目的節(jié)點(diǎn)的距離，記為gap ；之后檢查此數(shù)據(jù)包的目的地址是否是自身地址，如果是，則完 成本次路由發(fā)現(xiàn)，否則按照路由請求階段建立的反向路由表單播方式傳遞路由回復(fù)數(shù)據(jù) 包；步驟2.3 如果節(jié)點(diǎn)第一次接收到這個(gè)路由回復(fù)數(shù)據(jù)包，則建立反向路由表和路由條 目，并將gap記為shortest并且作為當(dāng)前距離源節(jié)點(diǎn)的最短距離；記錄發(fā)送此路由回復(fù)數(shù) 據(jù)包的節(jié)點(diǎn)為通往目的節(jié)點(diǎn)的信息到達(dá)此節(jié)點(diǎn)后的下一跳節(jié)點(diǎn)；如果不是第一次接收到路 由請求信息，則比較shortest與當(dāng)前的距離gap ；如果gap < shortest，則更新路由表中下 一跳節(jié)點(diǎn)信息以及將shortest記為gap ；如果gap > shortest，則丟棄此路由回復(fù)數(shù)據(jù)包。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中一種基于地理信息的反應(yīng)式尋找最短路 由的方法，其特征在于所述步驟(3)具體為源節(jié)點(diǎn)在創(chuàng)建路由請求數(shù)據(jù)包時(shí)會給此路由 請求數(shù)據(jù)包創(chuàng)建一個(gè)生命期，如果超過所述生命期，則源節(jié)點(diǎn)認(rèn)為沒有有效的路徑完成源 節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)傳輸，源節(jié)點(diǎn)擴(kuò)大其廣播的范圍，再次進(jìn)行路由請求階段；如果 在指定周期內(nèi)仍然沒有接收到相應(yīng)的路由回復(fù)數(shù)據(jù)包，則再次擴(kuò)大其廣播的范圍；所述擴(kuò)大廣播的范圍的次數(shù)不超過限定次數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中一種基于地理信息的反應(yīng)式尋找最短路 由的方法，其特征在于所述步驟(4)采用反應(yīng)式路由思想作為路由協(xié)議的主要思想，即 路由表僅僅在有數(shù)據(jù)需要發(fā)送的情況下才建立，并且每個(gè)路由表均有一定的生命周期，超 過這個(gè)生命周期，節(jié)點(diǎn)將丟棄此路由表；丟棄節(jié)點(diǎn)間鄰居表的應(yīng)用，加強(qiáng)路由表的功能；在 路由協(xié)議中，僅僅使用兩種數(shù)據(jù)包進(jìn)行路徑發(fā)現(xiàn)，分別為路由請求數(shù)據(jù)包和路由回復(fù)數(shù)據(jù) 包。
全文摘要
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中一種基于地理信息的反應(yīng)式路由協(xié)議，本路由協(xié)議利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的地理位置信息，結(jié)合反應(yīng)式路由的思想，設(shè)計(jì)出一種新型的路由協(xié)議。通過反應(yīng)式路由機(jī)制、取消節(jié)點(diǎn)間建立的鄰居表，加強(qiáng)路由表的功能從而降低尋找路由的開銷，僅在有數(shù)據(jù)需要傳輸?shù)臅r(shí)候建立路由表。路由協(xié)議在完成路由請求與路由回復(fù)階段尋找出源節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)之間最短路徑；在路由請求階段，應(yīng)用廣播發(fā)送路由請求數(shù)據(jù)包，創(chuàng)建反向路由表，尋找到達(dá)源節(jié)點(diǎn)的最短路徑。在路由回復(fù)階段，應(yīng)用單播發(fā)送路由回復(fù)數(shù)據(jù)包，利用之前創(chuàng)建好的反向路由表尋找出源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的最短路徑。本發(fā)明降低路由發(fā)現(xiàn)開銷，提高路由發(fā)現(xiàn)可靠性、增加路由傳輸效率。
文檔編號H04W40/02GK101951655SQ20101029562
公開日2011年1月19日 申請日期2010年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月28日
發(fā)明者丁嶸, 楊磊 申請人:北京航空航天大學(xué)