基于兴趣和地址组合的无线传感器网络数据查询算法
【专利摘要】本发明公开了一种基于兴趣和地址组合的无线传感器网络数据查询算法，定义汇集节点在询问它所关注的监测数据时广播的以属性组合构成的消息为“兴趣”。首先按照静态博弈模型分配MAC地址，每个传感器节点都建立一张兴趣表，记录每个兴趣的范围。当一个传感器节点接收到广播兴趣时，同时接收到上跳的地址，并根据兴趣表判断其后的传感器节点是否发生该兴趣，只有在其后的传感器节点发生该兴趣的情况下，继续路由兴趣，否则停止路由兴趣。本发明有效地减少了网络中无效的查询命令的传递，节约了网络网络能耗，延长了网络的生命周期，可广泛应用于无线传感器网络。
【专利说明】基于兴趣和地址组合的无线传感器网络数据查询算法
【技术领域】
[0001]本发明涉及基于兴趣和地址组合的无线传感器网络数据查询算法，属于电子测控领域。
【背景技术】
[0002]无线传感器网络以数据为中心，数据查询作为衔接观察者与感知对象的桥梁，是为无线传感器网络提供数据服务的基本方式，也是无线传感器网络的主要任务。功耗是无线传感器网络的重要因素，也是数据查询算法研究的重点考虑问题。无线传感器网络监测的对象具有不确定性和突发性，管理节点会发出不同的“兴趣”查询，研究高效的数据查询算法，可减少无效的信息广播，提高数据的查询效率，节省网络的通信能耗，延长传感器节点的生命周期，进而延长整个网络的生命周期。
[0003]目前，国内外文献提出了一些数据查询算法，比较典型的算法有Flooding算法、Gossiping算法，梳-针查询算法、基于查询树的查询算法等。这些算法在进行数据查询时，兴趣在全网范围内沿传感器节点逐跳向下广播，当传递到发生该兴趣的传感器节点时，此目的传感器节点立即将包含该兴趣的信息上传给管理节点。在兴趣的传递过程中，带有一定的盲目性，非目的节点在进行路由兴趣时，其后的传感器节点可能无查询的兴趣发生，这样就造成能量的无效开销，产生不必要的，缩短了网络的生命周期。
【发明内容】
[0004]为了解决上述【背景技术】存在的技术问题，本发明旨在提供基于兴趣和地址组合的无线传感器网络数据查询算法，解决了传统数据查询算法中对管理节点发出的查询命令在全网盲目传递的问题。
[0005]为了实现上述的技术目的，本发明的技术方案是:
[0006]基于兴趣和地址组合的无线传感器网络数据查询算法，包括以下步骤:
[0007]第一步:兴趣命令的下行广播:汇聚节点和每个传感器节点都建立一张兴趣表，记录兴趣命令下行路由的范围，供查询使用；传感器节点接收到兴趣命令后查询兴趣表，若兴趣命令在兴趣表相应项的范围内，则将该兴趣命令向下层节点广播，直到找到满足兴趣命令的目的传感器节点为止；
[0008]第二步:上行数据的路由:目的传感器节点沿着下行广播路由路径逆向上传监测参数值，直至传至管理节点。
[0009]其中，上述第一步包括以下步骤:
[0010]1、无线传感器网络第一次启动时，进行MAC地址编码，再按照静态博弈模型分配MAC地址，每个节点都被赋予一个原始兴趣表；
[0011]2、管理节点发出原始兴趣命令后，汇聚节点接收到该命令后查找兴趣表，若兴趣命令在兴趣表相应项的范围内，则将本身的MAC地址加入到原始的兴趣命令，若兴趣命令在兴趣表相应项的范围外，则产生新的兴趣命令并向下广播；[0012]3、中间的传感器节点接收到兴趣命令后查找兴趣表，若兴趣命令在兴趣表相应项的范围内，则在保存上一跳MAC地址的同时，将上一跳的MAC地址换成本身的MAC地址，然后接着向下广播，直到找到满足兴趣命令的目的传感器节点为止。
[0013]其中，上述第二步包括以下步骤:
[0014]1:当兴趣命令传递到目的传感器节点后，目的传感器节点沿着广播路由路径逆向上传监测参数值；存储有广播路径的中间节点可按一定的规则被唤醒，其余传感器节点处于休眠状态；
[0015]2:数据上传时，下层的路由传感器节点根据记录的的MAC地址唤醒上层的路由传感器节点，并将监测数据发送给该上层的路由传感器节点；
[0016]3:上层的路由传感器节点收到数据后，查找兴趣表，并将此数据与兴趣表中相应兴趣的范围进行比较，若此数据不在所记录的兴趣范围内，则修改兴趣表中该兴趣的范围，然后依次上传路由，直到传送到管理节点。
[0017]其中，上述MAC地址编码的算法包括以下步骤:
[0018]1、根据预测网络部署密度进行MAC
[0019]地址分配并网络仿真，得到单播地址及地址选择频率；
[0020]2、将单播地址按照地址选择频率降序排列；
[0021]3、设中间地址j的选择频率为P (j)，对地址选择频率大于P (j)的所有地址首位设为0，后续位采用哈夫曼编码，地址选择频率小于P (j)的所有地址首位设为1，后续位采用定长;
[0022]4、计算中间地址j对应的编码性能参数；
[0023]5、选择不同中间地址重复第三步、第四步，比较编码性能参数确定最优混合地址编码，中间地址j确定了两种地址编码的比例。
[0024]其中，上述静态博弈模型分配MAC地址的算法包括以下步骤:
[0025]1、定义合理地址资源的最大长度为Lmaju，传感器节点个数为m，
【权利要求】
1.基于兴趣和地址组合的无线传感器网络数据查询算法，其特征在于，包括以下步骤: 第一步:兴趣命令的下行广播:汇聚节点和每个传感器节点都建立一张兴趣表，记录兴趣命令下行路由的范围，供查询使用；传感器节点接收到兴趣命令后查询兴趣表，若兴趣命令在兴趣表相应项的范围内，则将该兴趣命令向下层节点广播，直到找到满足兴趣命令的目的传感器节点为止； 第二步:上行数据的路由:目的传感器节点沿着下行广播路由路径逆向上传监测参数值，直至传至管理节点。
2.根据权利要求1所述的基于兴趣和地址组合的无线传感器网络数据查询算法，其特征在于，所述第一步包括以下步骤: 第2.1步:无线传感器网络第一次启动时，进行MAC地址编码，再按照静态博弈模型分配MAC地址，每个节点都被赋予一个原始兴趣表； 第2.2步:管理节点发出原始兴趣命令后，汇聚节点接收到该命令后查找兴趣表，若兴趣命令在兴趣表相应项的范围内，则将本身的MAC地址加入到原始的兴趣命令，若兴趣命令在兴趣表相应项的范围外，则产生新的兴趣命令并向下广播； 弟2.3步:中间的传感器节点接收到兴趣命令后查找兴趣表，若兴趣命令在兴趣表相应项的范围内，则在保存上一跳MAC地址的同时，将上一跳的MAC地址换成本身的MAC地址，然后接着向下广播，直到找到满足兴趣命令的目的传感器节点为止。
3.根据权利要求2所述的基于兴趣和地址组合的无线传感器网络数据查询算法，其特征在于，所述第二步包括以下步骤:· 第3.1步:当兴趣命令传递到目的传感器节点后，目的传感器节点沿着广播路由路径逆向上传监测参数值；存储有广播路径的中间节点可按一定的规则被唤醒，其余传感器节点处于休眠状态； 第3.2步:数据上传时，下层的路由传感器节点根据记录的的MAC地址唤醒上层的路由传感器节点，并将监测数据发送给该上层的路由传感器节点； 第3.3步:上层的路由传感器节点收到数据后，查找兴趣表，并将此数据与兴趣表中相应兴趣的范围进行比较，若此数据不在所记录的兴趣范围内，则修改兴趣表中该兴趣的范围，然后依次上传路由，直到传送到管理节点。
4.根据权利要求2所述的基于兴趣和地址组合的无线传感器网络数据查询算法，其特征在于:所述MAC地址的编码算法包括以下步骤: 第4.1步:根据预测网络部署密度进行MAC 地址分配并网络仿真，得到单播地址及地址选择频率； 第4.2步:将单播地址按照地址选择频率降序排列； 第4.3步:设中间地址j的选择频率为P (j)，对地址选择频率大于P (j)的所有地址首位设为O，后续位采用哈夫曼编码，地址选择频率小于P (j)的所有地址首位设为1，后续位采用定长； 第4.4步:计算中间地址j对应的编码性能参数； 第4.5步:选择不同中间地址重复第三步、第四步，比较编码性能参数确定最优混合地址编码，中间地址j确定了两种地址编码的比例。
5.根据权利要求2至4中任意一项所述的基于兴趣和地址组合的无线传感器网络数据查询算法，其特征在于:所述静态博弈模型分配MAC地址的算法包括以下步骤: 第5.1步:定义合理地址资源的最大长度为Lmaju,传感器节点个数为m，
【文档编号】H04W40/02GK103716783SQ201310676912
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年12月12日 优先权日:2013年12月12日
【发明者】严锡君, 卜旸, 严妍, 郁麟玉, 赵光辰, 孙桐, 王玲玲, 孟祥薇 申请人:河海大学