一种无线传感器网络中层次化地理位置信息路由方法.pdf

本发明属于大规模无线传感器网络领域，公开了一种基于地理位置信息的层次化路由方法，主要包括：层次化划分大规模无线传感器网络，针对多移动汇聚节点作出优化，最小化路由开销以及数据路径。本发明解决了传统无线传感器网络路由开销随网络规模增大而增大，不支持多移动汇聚节点的问题。

1、  一种无线传感器网络中层次化地理位置信息路由方法，其特征在于包括：
1)无线传感器网络的层次化划分方法；
2)多移动汇聚节点创建各自的位置更新树方法；
3)传感器节点将数据汇报至最近移动汇聚节点的数据传输方法。

2、  如权利要求1所述的一种无线传感器网络中层次化地理位置信息路由方法，其特征在于所述的无线传感器网络的层次化划分方法，具体步骤为：
步骤1)整个网络被划分为多个同样大小的基础网格；
步骤2)为网络中的所有位置服务器创建层次结构。

3、  如权利要求1所述的一种无线传感器网络中层次化地理位置信息路由方法，其特征在于所述的多移动汇聚节点创建各自的位置更新树方法，具体步骤为：
步骤1)移动节点创建更新位置服务器集；
步骤2)如果位置服务器同时属于多个移动网关的移动服务器集，则只转发离其最近的移动网关的位置信息。

4、  如权利要求1所述的一种无线传感器网络中层次化地理位置信息路由方法，其特征在于所述的传感器节点将数据汇报至最近移动汇聚节点的数据传输方法，具体为：当节点有数据需要上报时，向离其最近的位置服务器发送数据；数据在位置服务器中逐级上传，直到到达离某个具有移动网关位置的最近位置服务器；该位置服务器收到该数据后后即可向该网关上传。

一种无线传感器网络中层次化地理位置信息路由方法
技术领域
本发明属于大规模无线传感器网络领域，具体地说是一种无线传感器网络中层次化地理位置信息路由方法。
背景技术
近年来大量研究都提出了在无线自组织网络中应用一个或多个移动网关的方案。对于无线自组织网络来说，网关可以是移动或者固定的。在网络中采用移动的网关相对于固定位置的网关来说有很多的优点。移动的网关能够消除网关附近的热点效应，延长网络的生命，平衡网络的负载。因此为了有效提高网络性能，有必要在大型无线自组织网络中采用一个或多个移动网关。
大量文献已经证明基于地理位置信息的路由对于大型无线自组织网络来说是一种高效的路由策略，在大型网络中采用基于地理位置信息路由能够比传统路由机制有效的降低控制负载。但是地理位置信息的路由需要预先知道目的节点的位置。因此如果在无线自组织网络中采用移动网关，就需要有效的机制来向全网更新其位置信息。频繁的位置更新能够提高位置信息的准确性，但同时消耗了大量的网络资源。
当前提出的地理位置路由方法大部分基于洪泛性和平面型的网络结构，这样在大规模网络中控制负载较高。少量层次化的地理位置路由方法也仅面向于单网关的情况，没有对于多个移动网关同时存在于网络中的情况进行优化，而对于大规模网络来说，一般都具有多个网关同时工作于网络中。因此需要设计出有效的地理位置路由方法。
发明内容
本发明的目的是提出一种适用于具有一个或多个移动网关的大型自组织网络中的层次化地理位置路由方法，以保证在大规模移动自组织网络中有多个移动网关的情况下降低位置更新和路由负载。
本发明要解决的是传统无线传感器网络路由开销随网络规模增大而增大，不支持多移动汇聚节点的问题。
本发明所述的层次化路由方法，包括：
1)无线传感器网络的层次化划分方法；
2)多移动汇聚节点创建各自的位置更新树方法；
3)传感器节点将数据汇报至最近移动汇聚节点的数据传输方法。
本发明所述的方法在保证网关位置信息最新的同时减少了位置更新和查询的负载，同时能够保证节点找到最近的网关，从而能够有效的减少控制负载以及传输路径的长度。本发明非常适用于具有多个移动网关的大型无线自组织网络。
附图说明
图1为本发明中一个移动网关所选择的位置服务集示意图。
图2为本发明中一个具有两个移动网关的无线自组织网络所构造的Voronoi(泰森多边形)结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步的说明。
本发明的设计思想为：首先将网络划分为层次化的结构，以有效解决网络规模过大引起的位置更新和查询的控制负载过高的问题；其次，在划分好的层次结构上，应用Voronoi机制限制各个移动网关的更新范围，在保证网络覆盖的同时能够有效地降低有多个移动网关带来的位置更新负载；同时采用临时接入点的方式有效降低移动网关位置更新的频率。
本发明服务于下述网络：
1.网络区域为二维矩形。网络由大量数目的静止节点组成，有一个或多个在网络中随机移动的网关。
2.节点可将监测到的信息上报至任意网关，因此所有移动网关具有一个统一的虚拟ID。
3.所有的节点和网关能够知道自己的位置信息。
4.在监测到感兴趣的信息后，节点立即试图向网关上报信息。
本发明所述的无线传感器网络中层次化地理位置信息路由方法，包括：
1)大规模无线传感器网络的层次化划分方法；包括：整个网络被划分为多个同样大小的基础网格和为网络中的所有位置服务器创建层次结构。
2)多移动汇聚节点创建各自的位置更新树方法；包括：移动节点创建更新位置服务器集；位置服务器如果同时属于多个移动网关的移动服务器集，则只转发离其最近的移动网关的位置信息。
3)传感器节点将数据汇报至最近移动汇聚节点的数据传输方法。
现具体说明如下：
整个大规模无线传感器网络被划分为多个同样大小的基础网格，每个基础网格具有坐标(x，y)，用于表示处于第x行和第y列的基础网格。每个基础网格内有一个节点被选举成为位置服务器，用于接收来自其他节点的位置查询。每个位置服务器在各自基础网格中的相对位置都相同。该相对位置可由哈希函数得出。这样所有位置服务器的位置对于所有移动网关来说都可通过计算得出。
为了有效的降低位置更新和查询的负载，本发明为网络中的所有位置服务器创建如下层次结构
a)每个基础网格中的位置服务器为一级位置服务器。
b)n级位置服务器必须位于坐标为(ak^n-1，bk^n-1)的基础网格中。
每个移动网关都会从网络中所有位置服务器中选择一个子集作为其位置服务器集。并基于其位置服务器集构建一个SPT树用于该移动网关位置信息的更新。位置服务器集的选择基于移动网关的当前所处的网格以及网络的层级结构划分，首先我们给出兄弟服务器的定义定义一：对于某个位于(uk^n-1，vk^n-1)网格的n级服务器来说，我们定义其兄弟服务器为位于((u+x)k^n-1，(v+y)k^n-1)网格中的n级服务器，其中u，v为正整数并且x，y∈{±1，0}。(8＝k²-1for k＝3)。同时也是该级别n中距离其最近的8个位置服务器。
移动网关首先选择所有的一级兄弟服务器作为其一级服务器。然后选出这9个一级服务器中的二级服务器，并将此二级服务器的所有兄弟服务器作为该移动网关的二级服务器。这一选择过程会继续下去直到达到网络层次划分的最高层。在各个层次都选择距离其所处网格最近的8个该层次的位置服务器作为其位置服务器集的成员。图1显示了一个移动网关所选择的位置服务集。
采用上述方式选择的位置服务器集具有如下好处。首先可以保证移动网关的位置信息能够均匀的向其四周扩散。其次，不同移动网关在各自的位置服务器集上构造的SPT最终会在某一层次级别相遇。因此，上述位置服务器选择策略能够保证Voronoi簇的成功构建。
为了有效地降低由多个移动网关导致的位置更新负载，本发明在划分的层次结构上应用voronoi策略，即每个位置服务器如果同时属于多个移动网关的移动服务器集，则只转发离其最近的移动网关的位置信息。通过这种Voronoi策略，能够有效的控制各个移动网关的更新范围，同时能够保证网络的覆盖以及数据传输的高效，，因此能够有效的降低由多个移动网关导致的位置更新消耗。图2显示了一个具有两个移动网关的无线自组织网络所构造的Voronoi结构。
为了有效降低网关移动性所带来的位置更新负载。本发明为每个网关选择一个离其最近的节点作为其临时接入点，将该接入点的位置作为该网关位置向网络中更新。只有在网关到其当前接入点的距离超出预定范围后，才更新其位置信息。这样能够大大的降低位置更新的频率。
本发明的数据传输方法为当节点有数据需要上报时，向离其最近的位置服务器发送数据。数据在位置服务器中逐级上传，直到到达离某个具有移动网关位置的最近位置服务器。该位置服务器收到该数据后后即可向该网关上传。