一种下一代无线传感器网络构建的实现方法
【专利摘要】本发明提供了下一代无线传感器网络构建的实现方法，下一代无线传感器网络包括三种节点：簇首节点，簇内节点和新节点；簇首节点为具有路由转发功能的全功能节点，是路由骨干网的组成部分；簇内节点为不具有路由转发功能的部分功能节点，用于数据采集；新节点为没有标记为簇首节点也没有标记为簇内节点的全功能节点或者部分功能节点；部分功能节点不具有路由转发功能；所述无线传感器网络划分为两个以上的簇，每个簇由一个簇首节点和一个以上的簇内节点组成，无线传感器网络中所有簇首节点构建成一个树状结构；无线传感器网络构建过程包括两部分：初始化过程和维护过程；无线传感器网络启动时使用初始化过程进行构建网络，初始化过程只执行一次。
【专利说明】一种下一代无线传感器网络构建的实现方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种网络构建的实现方法，尤其涉及的是一种下一代无线传感器网络构建的实现方法。
【背景技术】
[0002]随着下一代网络(IPv6网络)的不断成熟和发展，下一代无线传感器网络已成为未来发展的必然趋势。下一代无线传感器网络具有以下优势:
[0003](1)ΙΡν6是下一代互联网的协议标准，下一代无线传感器网络采用IPv6协议实现与下一代网络的全IP通信有助于推动无线传感器网络通信协议的标准化；
[0004](2)IPv6的许多技术特点(如地址自动配置等)对大规模无线传感器网络的自组织管理提供了良好支持；
[0005](3) IPv6网络的组网方式可以供无线传感器网络充分借鉴，使其成为无线传感器网络的一种合理拓展。
[0006]实现下一代无线传感器网络首先需要解决的关键问题就是如何构建下一代无线传感器网络体系结构，使IPv6地址配置功耗及路由功耗更少，延迟更短。
【发明内容】
[0007]发明目的:本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种下一代无线传感器网络构建的实现方法。
[0008]技术方案:本发明公开了一种下一代无线传感器网络构建的实现方法，其特征在于，所述下一代无线传感器网络包括三种节点:簇首节点，簇内节点和新节点；簇首节点为具有路由转发功能的全功能节点，是路由骨干网的组成部分；簇内节点为不具有路由转发功能的部分功能节点，用于数据采集；新节点为没有标记为簇首节点也没有标记为簇内节点的全功能节点或者部分功能节点；部分功能节点不具有路由转发功能；
[0009]所述无线传感器网络划分为两个以上的簇，每个簇由一个簇首节点和一个以上的簇内节点组成，无线传感器网络中所有簇首节点构建成一个树状结构；
[0010]无线传感器网络构建过程包括两部分:初始化过程和维护过程；无线传感器网络启动时使用初始化过程进行构建网络，初始化过程只执行一次；初始化过程结束后，无线传感器网络进入维护过程，用于处理簇首节点的移动、失效以及新节点的加入；
[0011]无线传感器网络中的节点定期广播信标帧，信标帧负载的前三个比特标识帧的负载内容如下:
[0012]
【权利要求】
1.一种下一代无线传感器网络构建的实现方法，其特征在于，所述下一代无线传感器网络包括三种节点:簇首节点，簇内节点和新节点；簇首节点为具有路由转发功能的全功能节点，是路由骨干网的组成部分；簇内节点为不具有路由转发功能的部分功能节点，用于数据采集；新节点为没有标记为簇首节点也没有标记为簇内节点的全功能节点或者部分功能节点；部分功能节点不具有路由转发功能； 所述无线传感器网络划分为两个以上的簇，每个簇由一个簇首节点和一个以上的簇内节点组成，无线传感器网络中所有簇首节点构建成一个树状结构； 无线传感器网络构建过程包括两部分:初始化过程和维护过程；无线传感器网络启动时使用初始化过程进行构建网络，初始化过程只执行一次；初始化过程结束后，无线传感器网络进入维护过程，用于处理簇首节点的移动、失效以及新节点的加入； 无线传感器网络中的节点定期广播信标帧，信标帧负载的前三个比特标识帧的负载内容如下：
2.根据权利要求1所述的下一代无线传感器网络构建的实现方法，其特征在于，无线传感器网络启动后，所有的全功能节点和部分功能节点都设置为新节点；然后，所有全功能节点都将自己标识为簇首节点，并开始广播信标帧，信标帧的负载的前三个比特值为000，簇首节点一跳范围内的部分功能节点将自己标识为簇内节点； 簇首节点H获取到达其他簇首节点的路径长度的过程包括以下步骤: 步骤101:开始； 步骤102:簇首节点H收到邻居簇首节点的信标帧后，比较簇首节点H的路径表表项和信标帧负载中路径表的表项； 步骤103:判断簇首节点H的路径表与信标帧中的路径表中是否存在节点ID相同但是路径长度域不同的表项，如果是，进行步骤104，否则进行步骤106 ； 步骤104:如果簇首节点H的路径表中节点ID相同表项的长度域值为LI，信标帧中该表项的路径长度域为L2，簇首节点H判断LI是否大于L2+1，如果是，进行步骤105，否则进行步骤106 ； 步骤105:簇首节点H将信标帧中该表项的路径长度域更新为L2+1 ； 步骤106:判断信标帧中的路径表中是否有簇首节点H的路径表中不存在的表项，如果是，进行步骤107，否则进行步骤108 ； 步骤107:如果信标帧该表项的路径长度为L3，簇首节点H在路径表中添加该表项，路径长度域更新为L3+1 ； 步骤108:簇首节点H判断是否同时满足以下两个条件，如果是，进行步骤109，否则返回步骤102 ； 条件1:所有邻居簇首节点的路径表与自己的路由表的表项数量相同， 条件2:所有邻居簇首节点的路径表与簇首节点H的路由表具有相同节点ID的表项中，簇首节点H的表项的路径长度值不大于邻居簇首节点相应表项中的路径长度加I ; 步骤109:簇首节点H的路径表建立完成； 步骤110:结束； 簇首节点H获取路径表后，广播信标帧，信标帧的负载的前三个比特值为001，初始值为自己的节点ID以及路径表中所有表项的路径长度总和；簇首节点H收到邻居簇首节点的信标帧后，如果收到的信标帧中的路径长度总和小于自己的路径长度总和，簇首节点H的信标帧负载更新为收到的信标帧的负载；如果收到的信标帧中的路径长度总和大于簇首节点H的路径长度总和，那么簇首节点H的信标帧负载不变；如果收到的信标帧中的路径长度总和等于簇首节点H的路径长度总和，那么簇首节点H的信标帧负载更新为收到的信标帧负载与自己原来信标帧负载的并集； 如果簇首节点H检测到所有邻居簇首节点广播的信标帧负载都相同，那么它查看收到的信标帧的负载；如果簇首节点H收到的信标帧只包含一个节点ID和路径长度总和且它们分别等于簇首节点H自己的节点ID和路径长度总和，那么簇首节点H将自己标记为根节点并发起簇树建立过程；如果簇首节点H检测所有邻居簇首节点广播的信标帧中有两个以上包括自己在内的节点ID和路径长度总和，且自己的节点ID在信标帧中所有节点ID中值最小，那么簇首节点H将自己标记为根节点并发起簇树建立过程。
3.根据权利要求2所述的下一代无线传感器网络构建的实现方法，其特征在于，簇首节点R将自己标记为根节点之后，发送信标帧，信标帧的负载的前三个比特值为010，即负载内容为到达根节点的路径长度； 簇树的建立过程由簇首节点R发起，包括以下步骤: 步骤201:开始； 步骤202:簇首节点收到根节点或者邻居簇首节点发送的负载内容的前三个比特值为010的信标帧； 步骤203:簇首节点判断是否有两个以上邻居簇首节点的信标帧负载值最小，如果是，进行步骤204，否则进行步骤205 ； 步骤204:簇首节点从两个以上具有最小负载值的邻居簇首节点中，选择信号最强的簇首节点作为父节点，进行步骤206 ； 步骤205:簇首节点选择负载值最小的根节点或者簇首节点作为父节点； 步骤206:簇首节点将自己到达根节点的路径长度设置为父节点到达根节点的路由长度值加I ; 步骤207:簇首节点获取父节点之后，开始广播信标帧，负载的前三个比特值为010，即负载内容为自己到达根节点的路径长度； 步骤208:重复步骤202至步骤207直到所有簇首节点加入簇树并获取父节点为止； 步骤209:结束。
4.根据权利要求2所述的下一代无线传感器网络构建的实现方法，其特征在于，新全功能节点X加入到无线传感器网络后，如果在规定时间内收到邻居簇首节点广播的负载的前三个比特值为010的信标帧，选择负载值最小的邻居簇首节点作为自己的父节点，然后将自己到达根节点的路径长度设置为父节点到达根节点的路由长度值加1，将自己标记为簇首节点X，并开始广播信标帧，负载的前三个比特为010，即自己到达根节点的路径长度；簇首节点X加入簇树后，无线传感器网络中的原有的其他簇首节点根据以下步骤更新自己的路径表: 步骤301:开始； 步骤302:簇首节点X的邻居簇首节点收到簇首节点X广播的信标帧后，在路径表中增加簇首节点X的表项，表项的 长度值为I，然后广播信标帧，负载的前三个比特值为011，即信标帧负载为簇首节点X的路径表项；步骤303:邻居簇首节点的邻居簇首节点收到负载为011的信标帧后，查看路径表中是否有节点ID等于簇首节点X的节点ID的表项，如果是，进行步骤304，否则进行步骤306 ；步骤304:如果邻居簇首节点的邻居簇首节点中节点ID等于簇首节点X的节点ID的表项的路由长度为Lxl，信标帧中簇首节点X的表项的路由长度为Lx2，则簇首节点判断Lxl是否大于Lx2+1，如果是，进行步骤305，否则进行步骤307 ； 步骤305:邻居簇首节点的邻居簇首节点将簇首节点X的表项的路径长度更新为Lx2+1，进行步骤307 ； 步骤306:邻居簇首节点的邻居簇首节点在路径表中增加簇首节点X的表项，其中节点ID为簇首节点X的节点ID，路径长度为信标帧中簇首节点X的路径表项的路径长度加I ; 步骤307:邻居簇首节点的邻居簇首节点广播信标帧，负载的前三个比特值为011，即信标帧负载为自己路径表中簇首节点X的路径表项； 步骤308:重复步骤303至步骤307，直到无线传感器网络中原有的簇首节点从所有邻居簇首节点收到负载前三个比特值为011即簇首节点X的路径表项的信标帧，且原有的簇首节点路径表中簇首节点X的路径表项的路径长度值不大于信标帧中簇首节点X的路径表项的路径长度值加I ; 步骤309:结束； 所有簇首节点更新路径表之后，簇首节点X的邻居簇首节点广播类型为000的信标帧；簇首节点X收到邻居簇首节点的负载前三个比特值为000的信标帧后，在路径表中建立所有邻居簇首节点的路径表项，然后对比所有邻居簇首节点的路径表表项，选择路径长度值最小的表项信息来建立自己的路径表，即将自己相应表项的路径长度值设置为所有邻居簇首节点中对应表项的最小路径长度值加I; 所有簇首节点更新路由表过程结束后广播信标帧，信标帧负载的前三个比特值为001，用于确定新的根节点；如果根节点检测到它的路径总长度在无线传感器网络中不是最小值，则将自己标记为簇首节点，而路径总长度最小的簇首节点将自己标记为新的根节点；新的根节点向原来的父节点发送前三个比特值为100的信标帧，并发起簇树更新，包括以下步骤: 步骤401:开始； 步骤402:新的根节点原来的父节点收到新的根节点的前三个比特值为100的信标帧后，将新的根节点标记为父节点，同时判断自己是否为原来的根节点，如果是，进行步骤404，否则向原来的父节点发送前三个比特值为100的信标帧并进行步骤403 ； 步骤403:原来的父节点收到前三个比特值为100的信标帧后，将发送前三个比特值为100的信标帧的子节点标记为父节点，同时判断自己是否为原来的根节点，如果是，进行步骤404，否则向原来的父节点发送前三个比特值为100的信标帧并再一次执行步骤403 ；；步骤404:结束。
5.根据权利要求4所述的下一代无线传感器网络构建的实现方法，其特征在于，如果簇首节点X移动到新的位置，那么它选择距离根节点最近的邻居簇首节点作为新的父节点；邻居簇首节点收到簇首节点X的信标帧后，将路径表中簇首节点X对应表项的路径长度值更新为1，并发送前三个比特值为101的信标帧，即信标帧负载为簇首节点X的路径表项； 无线传感器网络中其他簇首节点收到前三个比特值为101且负载内容为簇首节点X的路径表项的信标帧后，根据下述过程对路径表中的簇首节点X表项进行更新: 步骤501:开始； 步骤502:判断其他簇首节点是否第一次收到负载为簇首节点X表项且前三个比特值为101的信标帧，如果是，进行步骤503，否则进行步骤504 ； 步骤503:其他簇首节点将簇首节点X表项的路径长度更新为信标帧中的长度加1，进行步骤506 ； 步骤504:其他簇首节点判断自己的簇首节点X表项的路径长度是否大于信标帧中簇首节点X表项的路径长度加1，如果是，进行步骤505，否则进行步骤506 ； 步骤505:其他簇首节点将自己的簇首节点X表项的路径长度更新为信标帧中的路由长度加I ; 步骤506:其他簇首节点广播负载前三个比特值为101的信标帧，信标帧负载为自己路径表中族首节点X的路径表项； 步骤507:重复步骤502至步骤506，直到所有簇首节点收到所有邻居簇首节点广播的前三个比特值为101且负载为簇首节点X的信标帧，并且所有簇首节点路径表中簇首节点X的表项的长度值不大于所有邻居簇首节点的簇首节点X表项的路径长度值加I ; 步骤508:结束； 所有簇首节点更新路径表之后，簇首节点X的邻居簇首节点广播前三个比特值为000的信标帧；簇首节点X收到邻居簇首节点的前三个比特值为000的信标帧后，在路径表中建立所有邻居簇首节点的路径表项，然后对比所有邻居簇首节点的路径表表项，选择路径长度值最小的表项来建立自己的路径表，即将自己相应表项的路径长度值设置为所有邻居簇首节点中对应表项的最小路径长度值加I; 所有簇首节点更新路由表过程结束后，广播前三个比特值为001类型的信标帧，以确定新的根节点；如果新的根节点与原来的根节点不同，则进行簇树更新。
6.根据权利要求5所述的下一代无线传感器网络构建的实现方法，其特征在于，如果簇首节点X原来的邻居簇首节点在规定时间内没有收到簇首节点X的信标帧且没有收到负载为簇首节点X表项的前三个比特值为101的信标帧，簇首节点X原来的邻居簇首节点则认为簇首节点X失效，从路径表中删除簇首节点X的表项，并发送前三个比特值为110的信标帧，负载内容为簇首节点X的节点ID ； 步骤601:开始； 步骤602:无线传感器网络中簇首节点收到前三个比特值为110负载为簇首节点X的节点ID的信标帧后，从路径表中删除簇首节点X的表项； 步骤603:簇首节点广播负载前三个比特值为110内容为簇首节点X的节点ID的信标帧； 步骤604:重复步骤602至步骤603直到所有簇首节点都删除了簇首节点X的表项； 步骤605:结束； 所有簇首节点更新路由表过程结束后，广播一个前三个比特值为001的信标帧，用于确定新的根节点；如果新的 根节点与原来的根节点不同，则进行簇树更新操作。
【文档编号】H04W40/02GK103476082SQ201310446844
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年9月26日 优先权日:2013年9月26日
【发明者】王晓喃, 黄海利, 董绘 申请人:常熟理工学院