专利名称：一种基于网格分簇的无线传感器网络xy地域广播路由协议的制作方法
技术领域：
本发明属于无线网络协议技术领域,具体涉及一种无线传感器网络中基于网格分簇的XY 地域广播路由方法。该方法利用节点的位置信息把整个网络区域分成网格，每个节点都处在 一个特定的网格里，数据包按照网格的坐标位置，沿着X轴和Y轴方向将数据发送到所要广 播到的区域。
背景技术：
由传感器、微处理器和无线通信接口组成的无线传感器网络是一门日益引起人们研究兴 趣的技术。它广阔的应用前景使其在医疗卫生、环境监测和军事领域得到了飞速发展。由于 无线传感器网络通常由大量密集的传感器节点构成，节点的能源、计算能力和带宽都非常有 限，传统的无线路由协议不适合无线传感器网络。无线传感器网络路由协议设计的首要目标 是有效节约能源，延长网络生命周期。
为了提高无线传感器网络的寿命，网络中每个节点的能量均衡问题已成为研究的重点问 题。节点分簇方法被学术及工业界普遍认为是提高能量有效性的可行方法。节点分簇具有拓 扑管理方便、能量利用高效、数据融合简单等优点。无线传感器网络网格式分簇方法大多是 利用传感器节点的位置信息，分布式的将它们分在正方形的网格中，每个网格中的节点以某 种机制交替的充当簇头节点，来负责数据的收发，网格中除了簇头以外的其它大多数节点处 于休眠状态以节省能量。
GAF(Geographic adaptive fidelity地域自适应保真)算法就是这种分簇算法的典型代表。 GAF工作方式如下首先，假设每个节点都具有自己相对于其他节点的确切位置信息，这个 位置信息可以通过GPS或其它的定位方式获得。把网络按地理位置分成虚拟的小网格，网格 中的节点轮流充当簇头，使每个节点所承担的传输任务较为均衡，以达到网格内能量均衡的 目的。为了让两个相邻网格中的活动节点处于网格中的任何位置都能相互通信，这里给出了
确定网格边长r的方法，满足rS^，其中i 是节点的传输半径。按照这种方法，整个传感
器网络被虚拟的分割成半径为r的网格。
地域广播是向给定区域内的节点子集发送数据，是多播的一种。本发明中提出的XY地 域广播路由方法是基于XY单播路由协议的。在XY单播路由协议中，每个节点只能把数据
3传输给自己的邻居节点。例如，节点(x, y)只能把数据转发给(x-l, y)， (x+l， y)， (x, y-l)， (x, y+l)， 也只能从这些网格中的节点接收数据。算法的伪代码如图2所示。源节点向目的节点发送数 据时，只要获知目的节点的位置信息，数据包先沿着X轴方向将数据转发到与目的节点处于 同一Y轴的节点，再沿着Y轴方向将数据转发到目的端。
发明内容
本发明利用了网格分簇特有的拓扑结构和XY路由方法的简单可靠性，设计了一种在无 线传感器网络中基于网格分簇的XY地域广播路由方法。
本发明主要用于无线传感器网络中，可以在一定程度上保证了全网节点能量有效性的基 础上，用简单有效的路由方法保证数据传输的鲁棒性，同时避免了重复传输。
图1是一个基于网格分簇的无线传感器网络XY地域广播路由协议的数据包传输的例子 图。其中黑色节点表示数据源节点和地域广播目的节点，灰色节点表示其它处在网格中处于 活动状态的簇头节点，白色节点标识处在休眠状态中的节点。虚线表示地域广播路径树的树 枝分界线。
图2是基于网格分簇的无线传感器网络XY单播单路由协议的伪代码。其中xOffset和 yOffset是目的端在X轴和Y轴方向上的偏移量；X,Y为下一跳节点所处网格的坐标，当算法 执行"OK"时，数据到达目的节点。
具体实施例方式
本发明是在GAF无线网络拓扑控制算法的基础上，加入XY地域广播路由算法这一可靠 而又容易实现的地域广播路由方法，并利用两个算法的共同特点把它们有效结合起来，形成 了一个能量有效性和可靠性都很高的XY地域广播路由协议。
本发明中提出的基于网格分簇的无线传感器网络XY地域广播路由协议首先要使用网格
分簇方法将网络分簇，例如使用GAF算法将网络分成以^为半径的网格，并以坐标原点为
基准建立坐标系，为每个网格标识一个坐标值。每个节点都可以根据自己的位置信息和坐标 原点的位置信息获知自己所处网格的坐标值。
XY单播路由的网络中，数据包转发时只要获知目的节点的位置信息，源节点就可以根据 目的节点的坐标得出目的节点所处的网格的坐标。数据包先沿着X轴方向将数据包转发到与 目的节点处于同一Y轴的网格中的簇头节点，再沿着Y轴方向将数据转发到目的端。或先Y 轴传输再沿着X轴传输，同样也可以到达目的端。对于我们将网络中簇头节点坐标用其所在的网格的坐标来表示为Node(X,, Y,)，其中
i=l,2,3,...。另外定义Xmin， Ymin分别为地域广播节点集中X轴和Y轴坐标值中的最小值。 具体的路由过程如下
1. 源节点发送数据包，在包头中携带目的节点集的位置信息，使用单播XY路由方式传
输数据包到网格(X^,Ymin)。
2. 当数据到达网格(Xmin，Y,)时，用一条以(Xn^，Y^)为顶点，与X轴和Y轴的夹角都是
45°的虚拟分界线将目的节点集分成两个目的节点集。位于线上和线下分别的目的节
点被分成两个节点集，我们可以将其定义为线上目的节点集和线下目的节点集。处于 分界线上的网格中的目的节点可以属于目的节点较少的节点集，也可以随机的分配给 任一节点集。具体的计算方法是-
A当Yi《Xi + (Y^-Xmin)时，节点属于线下目的节点集。 人当Y,〉Xi + (Y隨-X曲)时，节点属于线上目的节点集。
3. 网格(X^，Y^)中的转发节点将数据包复制后，分别向X轴和Y轴方向发送，向Y轴
方向发送的数据包中携带线上目的节点集的位置信息，向x轴方向发送的数据包中携
带线下目的节点集的位置信息。
4. 分流后的两个数据流分别使用上述方式将数据包按此XY广播路由方法传输。 当数据到达一个目的节点相邻的网格后，再传送到目的节点，并将此目的节点的信息从
包头中删除，如果包头中还有目的节点，则继续做广播传输，直到数据包头中没有目标节点 为止。图1显示了一个典型的基于网格分簇的XY地域广播路由的例子，源节点位于网格(l，l) 中，目的区域为(4,4)到(6,6)的区域。
权利要求
1、一种基于网格分簇的无线传感器网络XY地域广播路由协议，其特征在于利用了网格分簇特有的拓扑结构和XY路由方法的简单可靠性，设计了一种在无线传感器网络中基于网格分簇的XY地域广播路由方法。
2、 根据权利要求1所述的基于网格分簇的无线传感器网络XY地域广播路由协议，其 特征在于在网格分簇的基础上，按网格坐标做XY地域广播路由，转发节点为每个网格的 簇头节点。
3、 根据权利要求1所述的基于网格分簇的无线传感器网络XY地域广播路由协议，其 特征在于虚拟的45°斜线方式将目的节点分集的方法。
4、 根据权利要求1所述的基于网格分簇的无线传感器网络XY地域广播路由协议，其 特征在于源节点和目的节点不把数据发送给其所在网格的簇头节点，而是直接发送给下一 跳网格中的簇头节点。
全文摘要
本发明属于无线网络协议技术领域，具体涉及一种无线传感器网络中基于网格分簇的XY地域广播路由方法。本发明利用了网格分簇特有的拓扑结构和XY路由方法的简单可靠性，设计了一种在无线传感器网络中基于网格分簇的XY组播路由方法。并应用于无线传感器网络中，可以在一定程度上保证了全网节点能量有效性的基础上，用简单有效的路由方法保证数据的可靠并且不重复的传输到每一个目的节点。
文档编号H04L12/56GK101577665SQ200810105860
公开日2009年11月11日 申请日期2008年5月6日 优先权日2008年5月6日
发明者郑 姚, 锋 张, 克 田, 壮 赵, 雪 高, 奎 黄 申请人:北京循天行信息技术有限公司