一種基於鏈路穩定性估算的無線柵格傳感器網絡組網方法
2023-08-02 02:18:11
專利名稱：一種基於鏈路穩定性估算的無線柵格傳感器網絡組網方法
技術領域：
本發明涉及一種無線傳感器網絡組網方法。
背景技術：
本發明申請所採用的背景技術可以概括為以下幾點1)多跳無線中繼技術；2)低開銷網絡傳輸技術；3)基於鏈路穩定性的容錯技術；4)基於ID尋址技術；5)靜態網絡高效組網技術。無線傳感器網絡中的節點由於成本和體積等方面的限制，通常都是由通信性能十分有限的無線收發設備組成。這些設備通過將採集的各種監測信號利用多跳中繼傳輸的方式傳遞給遠端中心節點，以此來共同完成對某一特定環境參數的監測任務，常見的監測對象有大氣汙染物、溼度、溫度和電磁頻譜等。無線傳感器網絡節點普遍具有以下技術特點1)通信距離有限；由於成本和體積的限制，無線傳感器節點的通信距離十分有限，通常只有幾十米甚至幾米。因此，在大規模組網應用時，許多無線傳感器節點都不能和中心節點直接通信，而必須通過其它無線傳感器節點進行中繼多跳通信。此時，如何有效的進行路由選擇就會在很大程度上影響網絡的性能。2)能量有限；由於無線傳感器節點通常都採用電池供電，所以它們的電量十分有限。並且在絕大部分應用場合，都無法對電池及時進行充電。因此，在無線傳感器網絡中如何進行有效的能量管理也是關鍵的技術問題。3)故障率高；由於無線傳感器節點成本較低，因此在軟硬體性能上也十分有限， 並不具備複雜的容錯技術和及時修復的條件。因此一旦設備發生故障，就將會永久失效。這種高故障率，導致了整個傳輸系統的路由可靠性大大降低。4)數量龐大；由於節點的通信能力和處理能力都非常有限，並且還具有高故障率的特點，因此為了使網絡能夠長期穩定運行，無線傳感器網絡都會放置大量的節點，以達到分布式處理和容錯備份的目的。此時傳統的基於IP尋址的通信技術由於效率較低並且地址數量的限制通常無法使用，所以無線傳感器網絡就大量使用ID或參數尋址的方式。5)位置相對固定；由於成本和體積的限制，無線傳感器節點通常功能簡單，不具備移動能力，因此網絡的拓撲結構相對穩定。除以上所述的五個特點外，從傳感器網絡本身的監測背景出發，傳感器節點通常需要獲知自己的位置信息，以便使中心節點在獲知各個節點上傳的數據時能夠同時獲知信息所採集的地理位置。通過這種方法，中心節點就能夠有效利用監測數據及位置信息來形成整個網絡的態勢圖，從而為決策提供數值依據。目前最常用的定位技術就是基於全球定位系統(GPQ的定位方式，但是這種方式通常耗電量較大並且成本較高，所以在精度要求不高的場合也可以通過到達角估計等信號處理技術來估算出節點的地理位置。由此可見以往的傳感器網絡組網技術不能夠利用本地節點自身的地理位置信息來進行鏈路估算，導致網絡吞吐量低、網絡時延高和協議開銷高。
發明內容
本發明的目的是針對原始的傳感器網絡組網技術不能夠利用本地節點自身的地理位置信息來進行鏈路估算，導致的網絡吞吐量低、網絡時延高和協議開銷高的問題，提出了一種基於鏈路穩定性估算的無線柵格傳感器網絡組網方法。一種基於鏈路穩定性估算的無線柵格傳感器網絡組網方法，該方法的實現步驟為步驟一、將無線傳感器網絡劃分為柵格，每個柵格中存在若干個傳感器節點，在數據傳輸過程中，在同一個柵格裡面，在任意時刻，只有一個傳感器節點作為中繼節點；步驟二、中心節點通過洪泛廣播的方式配置網絡的幾何坐標、子網ID、中心節點坐標及其ID、垂直方向柵格數目m和水平方向柵格數目η ；步驟三、第一次接收到該配置分組廣播數據的每個中繼節點，依據網絡參數計算出網絡的水平方向長度H和垂直方向長度L，並記錄這些配置信息，然後繼續中繼廣播該配置分組；接收過該配置分組的中繼節點，將不再轉發，直接丟棄該分組廣播數據；此時，如果傳感節點接收到該配置分組廣播數據，將依據網絡參數調整它的配置信息後直接丟棄該分組廣播數據；步驟四、當某一個傳感節點或中繼節點有數據分組信息需要發送給中心節點時， 它將會依據它與中心節點間的相對位置信息來初步選擇分組將發送的方向，並列出所有備選中繼節點；步驟五、該發送節點依據它與所選定方向相鄰柵格間的相對位置信息，利用發送節點與各柵格中心間的距離來估算鏈路穩定度，估算出該發送節點與這些柵格中的中繼節點鏈路穩定性信息來估算在該方向上所有備選中繼節點的鏈路穩定性信息，具體方法如下首先通過坐標變換將備選柵格映射到網絡的右上方，並將坐標原點置於該發送節點所在柵格的右下角；更進一步將發送節點在其柵格中的位置以節點的無線通信距離R為半徑，劃定為四個區域，分別是多邊形B⑶、EFGCB, FGHIJ和IJK ；區域的劃分原則首先以備選柵格右上方的頂底A點為圓心，以節點的無線通信距離R為半徑畫圓， 圓與發送節點所在柵格相交，將發送節點i所在柵格劃分出第一個區域多邊形B⑶；再以備選柵格的左上方的頂點M點為圓心，以節點的無線通信距離R為半徑畫圓， 圓與發送節點所在柵格相交，將發送節點i所在柵格劃分出第二個區域多邊形ErecB ；再以備選柵格的右上方的頂點N點為圓心，以節點的無線通信距離R為半徑畫圓， 圓與發送節點所在柵格相交，將發送節點i所在柵格劃分出第三個區域多邊形FGHIJ ；最後以發送節點i所在柵格的第四個區域KIJ內的任一點為圓心，以節點的無線通信距離R為半徑畫圓，該圓所覆蓋的面積，覆蓋了包括備選柵格左下方的頂點的區域 LTS ；下面分別利用積分公式就可以計算出該發送節點i所覆蓋各個柵格的面積與該柵格實際面積的比值，即柵格面積比；該比值越大，節點i與該所覆蓋柵格中中繼節點間的鏈路越可能存在並且穩定；如果節點i位於多邊形B⑶中，那麼它所能覆蓋的最右上角柵格面積比為1 ；
如果節點i位於多邊形EreCB中，那麼它所能覆蓋的最右上角柵格面積為 _] S = d2-[3d - y, - ^-(X-X1)2Y=d2- (3d - yt) [id - X1 - ^R2 - (3d - yt f )- (2d - )2 -^R2 - (3d - )2R2 . ^d-Xi R2 . ^Jr2-(3d-y,)2
LUU JU」 +一arcsm-L--arc sm---—
2RlR如果節點i位於多邊形FGHIJ中，那麼它所能覆蓋的最右上角柵格面積S為S= Uyi-Id + ^2-(X-X1)2
d \= d{yt -2d) + ^^」R2 -(2d-X1 f-{d-X1 )2
Γ^0/1 R2 . 2d-X1 R2 . Ci-Xi
|_0034」 H--arcsin-----arcsin--
2R 2R如果節點i位於多邊形IJK中，那麼它所能覆蓋的最右上角柵格面積S為^ =('「)(只-2d + ^R2 -(X-X1)2^X= (d - Xi、(2d --(2d - yif -宇批-(d - Xif
F0038I R2 . J^-^d-y,)2 R2 . Ci-Xi ι_υυ 。」 --arcsin --------arcsin-
2R2R其中，χ為節點相對於其所在柵格原點的水平距離，d為柵格的長度，同理，該節點所能覆蓋的所有柵格的面積均可以利用這種積分方式獲得，然後將這些面積除以單位柵格面積d2，即為所求的柵格面積比；λ為鏈路穩定性的門限，R是節點的無線通信距離，所有滿足到柵格中心距離不大於λ R的柵格均為符合鏈路穩定度的路由，隨後發送節點從這些柵格中按照最短路徑準則選擇中繼節點； 在滿足鏈路穩定性門限要求的所有備選柵格中，依據最短路徑算法選擇最佳的中繼節點作為下一跳中繼節點，並將數據分組發送給該節點；步驟七、當下一跳中繼節點在接收到該數據分組後，將會繼續按照步驟四至步驟六的方法繼續轉發數據分組，直到該分組到達中心節點為止。所述的傳感器節點只負責數據採集和數據發送，而不為其它節點提供中繼服務。所述的中繼節點可以是特殊設計的節點也可以是從傳感器節點中選出的節點。所述的步驟一中配置參數的目的是將中心節點將網絡分割成m行η列的柵格結構，並且為每個柵格指定一個唯一的中繼ID號，由於共有mXn個柵格，所以中繼節點的 ID號為1到mXn，每個中繼節點的編號規則為從網絡的左下角柵格開始沿水平方向向右側編號，然後上移一行，繼續從左側開始順序向右側編號，直到編號到網絡右上角的柵格為CN 102413471 A
說明書
4/8頁
止；因此網絡最下方一行柵格的中繼ID號從左到右依次為1到η、下方倒數第二行中繼ID 號從左至右為η+1到2η，最終網絡右上角的中繼節點ID即為mXn。所述的步驟二中的計算出網絡的水平方向長度H和垂直方向長度L是為了確保網絡的柵格密度或中繼節點數量必須滿足公式(L/n)2+ (2H/m)2 彡 R2 或(2L/n)2+ (H/m)2 彡 R2，以保證網絡的連通性；其中，R是節點的無線通信距離。所述的步驟四中選擇分組將發送的方向的具體方法如下若該發送節點i的坐標為(Xi，Yi)，當(Xi-X0)2+(Yi-Y0)2 ^ R2時，則節點i可以與中心節點直接通信，直接將分組發送給中心節點；否則，如果該節點位於中心節點的左上方，那麼該節點將會初步選定其右方、下方以及右下方的柵格作為中繼；否則如果該節點位於中心節點的右上方，那麼該節點將會初步選定其左方、下方以及左下方的柵格作為中繼；否則如果該節點位於中心節點的左下方，那麼該節點將會初步選定其右方、上方以及右上方的柵格作為中繼；否則如果該節點位於中心節點的右下方， 那麼該節點將會初步選定其左方、上方以及左上方的柵格作為中繼。所述的網絡中的柵格尺寸應該接近並小於i /i。所述的網絡中的柵格均為正方形。本發明的優點是本發明僅利用節點在其自身柵格內的位置信息，來計算它所能覆蓋的相鄰柵格面積比，該面積比代表所覆蓋的柵格面積與柵格實際面積之間的比值。該比值越高，節點與該柵格中中繼節點的鏈路越穩定。通過這個鏈路估算信息，可以更有效的提高通信質量。由於僅需要本地節點利用它自身的地理位置信息來進行鏈路估算，而不需要其它節點的位置信息，所以該算法不需要節點間的分組交互就能進行鏈路估算，從而能在提高網絡通信能力的前提下，最大程度的降低協議開銷，並具有快速可靠和適應高速移動無線傳感器網絡的能力。本發明的組網方法可以有效的提高網絡吞吐量、降低網絡時延和協議開銷。
圖1是本發明實施的網絡拓撲示意圖；圖中 表示中繼節點；圖中★表示中心節點；圖中■表示傳感節點；圖2是本發明的鏈路穩定度計算所採用的坐標圖，當發送節點i位於BCD內時，傳輸範圍覆蓋整個右上角的備選柵格；圖3是本發明的鏈路穩定度計算所採用的坐標圖，發送節點i位於EreCB內時，傳輸範圍覆蓋右上角正方形的MSTNL區域；圖4是本發明的鏈路穩定度計算所採用的坐標圖，發送節點位i於FGHIJ內時，傳輸範圍覆蓋右上角正方形的STNL區域；圖5是本發明的鏈路穩定度計算所採用的坐標圖，發送節點i位於JIK時，傳輸範圍覆蓋右上角的STL區域；圖6是本發明的鏈路穩定度計算結果示例圖，該圖示例了一個典型的節點i所覆蓋全部柵格的柵格面積比，該圖中每一個柵格都對應了一組數字(k，1)，這裡k代表以發送節點為勢場0參考點時，各柵格與發送節點的勢差，一個柵格在水平或者垂直方向每遠離發送節點一個柵格距離，勢差將會加1，而1即代表該柵格被發送節點所覆蓋的面積比，即本專利定義的鏈路穩定性的度量值；圖7是本發明與現有無線傳感器網絡中其它路由協議在分組投遞成功率上的性能比較，主要是基於鏈路穩定性柵格路由協議VGDR-E (增強型虛擬柵格動態路由協議)與靜態A0DV(自組織網絡按需距離矢量路由協議)路由協議AODV-S(穩定型自組織網絡按需距離矢量路由協議)、動態A0DV(自組織網絡按需距離矢量路由協議)路由協議AODV-M(移動型自組織網絡按需距離矢量路由協議)、靜態虛擬柵格路由協議VGDR-S(穩定型虛擬柵格動態路由協議)和動態虛擬柵格路由協議VGDR-M(移動型虛擬柵格動態路由協議)的性能比較；圖8是平均端到端時延性能比較；其中圖7和圖8中的各種圖形所分別代表的含義如下圖中-■-表示AODV-S (穩定型自組織網絡按需距離矢量路由協議)；圖中-·-表示AODV-M(移動型自組織網絡按需距離矢量路由協議)；圖中-▲-表示靜態虛擬柵格路由協議VGDR-S(穩定型虛擬柵格動態路由協議)；圖中-▼-表示動態虛擬柵格路由協議VGDR-M(移動型虛擬柵格動態路由協議)；圖中- -表示鏈路穩定性柵格路由協議VGDR-E(增強型虛擬柵格動態路由協議)。
具體實施例方式具體實施方式
一下面結合圖1和圖2說明本實施方式，本實施方式所述的一種基於鏈路穩定性估算的無線柵格傳感器網絡組網方法的步驟為步驟一、將無線傳感器網絡劃分為柵格，每個柵格中存在若干個傳感器節點，在數據傳輸過程中，在同一個柵格裡面，在任意時刻，只有一個傳感器節點作為中繼節點；步驟二、中心節點通過洪泛廣播的方式配置網絡的幾何坐標、子網ID、中心節點坐標及其ID、垂直方向柵格數目m和水平方向柵格數目η ；步驟三、第一次接收到該配置分組的每個中繼節點，依據網絡參數計算出網絡的水平方向長度H和垂直方向長度L，並記錄這些配置信息，然後繼續中繼廣播該配置分組； 接收過該配置分組的中繼節點，將不再轉發，直接丟棄該分組；此時，如果傳感節點接收到該配置分組，將依據網絡參數調整它的配置信息後直接丟棄該分組；步驟四、當某一個傳感節點或中繼節點有數據分組需要發送給中心節點時，它將會依據它與中心節點間的相對位置信息來初步選擇分組將發送的方向，並列出所有備選中繼節點；步驟五、該發送節點依據它與所選定方向相鄰柵格間的相對位置信息，利用發送節點與各柵格中心間的距離來估算鏈路穩定度，估算出該發送節點與這些柵格中的中繼節點鏈路穩定性信息來估算在該方向上所有備選中繼節點的鏈路穩定性信息，具體方法如下首先通過坐標變換將備選柵格映射到網絡的右上方，並將坐標原點置於該發送節點所在柵格的右下角；更進一步將發送節點在其柵格中的位置以節點的無線通信距離R為半徑，劃定為四個區域，分別是多邊形B⑶、EFGCB, FGHIJ和IJK ；劃分原則首先以備選柵格右上方的頂底A點為圓心，以節點的無線通信距離R為半徑畫圓，圓與發送節點所在柵格相交，將發送節點i所在柵格劃分出第一個區域多邊形 BCD ；再以備選柵格的左上方的頂點M點為圓心，以節點的無線通信距離R為半徑畫圓， 圓與發送節點所在柵格相交，將發送節點i所在柵格劃分出第二個區域多邊形ErecB ；再以備選柵格的右上方的頂點N點為圓心，以節點的無線通信距離R為半徑畫圓， 圓與發送節點所在柵格相交，將發送節點i所在柵格劃分出第三個區域多邊形FGHIJ ；最後以發送節點i所在柵格的第四個區域KIJ內的任一點為圓心，以節點的無線通信距離R為半徑畫圓，該圓所覆蓋的面積，覆蓋了包括備選柵格左下方的頂點的區域 LTS ；下面分別利用積分公式就可以計算出該發送節點i所覆蓋各個柵格的面積與該柵格實際面積的比值，即柵格面積比；該比值越大，節點i與該所覆蓋柵格中中繼節點間的鏈路越可能存在並且穩定；如果節點i位於多邊形B⑶中，那麼它所能覆蓋的最右上角柵格面積比為1 ；如果節點i位於多邊形EreCB中，那麼它所能覆蓋的最右上角柵格面積為 s二ρ-[3d_兄.-^R2_(χ_χ.γyx= d2 -(3d -y^d -X1 -^JR2 -(3d -yt)2 )+ ^^ 如2-(2d-χ, f _ 扣2 _ (3d _ 兄)2上R2 . - R2 . ^R2-{3d-y,)2 LUUO 『」 H--arcsm----arcsm--
2rlr如果節點i位於多邊形FGHIJ中，那麼它所能覆蓋的最右上角柵格面積S為^ = f Iyi-2d + ^Jr2-(X-Xi)2
d \= d{yt -2d) + ^^」R2 -(2d-X1 fR2-{d-X1 )2
「 ^ R2 . 2d-χ R2 . d-x
|_0091」 H--arcsin-----arcsin--
2r 2r如果節點i位於多邊形IJK中，那麼它所能覆蓋的最右上角柵格面積S為^ =『扣-(2"i)2 (只-2d + ^jR2-(X-Xi)2 jh=(d-Xi)(2d --(2d - yif -宇護-(d - Xi)2R2 . ^-(^-y,)2 r2 . Ci-Xi luuuvj」 --arcsin ----arcsin--
2R2R其中，χ為節點相對於其所在柵格原點的水平距離，d為柵格的長度，與此類似，該
10節點所能覆蓋的所有柵格的面積均可以利用這種積分方式獲得，然後將這些面積除以單位柵格面積d2，即為所求的柵格面積比；λ為鏈路穩定性的門限，R是節點的無線通信距離，所有滿足到柵格中心距離不大於λ R的柵格均為符合鏈路穩定度的路由，隨後發送節點從這些柵格中按照最短路徑準則選擇中繼節點；在滿足鏈路穩定性門限要求的所有備選柵格中，依據最短路徑算法選擇最佳的中繼節點作為下一跳中繼節點，並將數據分組發送給該節點；需要說明的是，為了簡化計算的複雜度，在實際應用中可以利用發送節點與各柵格中心間的距離來近似估算鏈路穩定度，即IlPi-CjII2SXR,這裡Pi為發送節點i的坐標，Cj為所覆蓋某柵格j的中心點坐標，λ為門限值。 直觀上來看，如果一個節點與某個柵格中心點的距離越近，那麼該節點就能覆蓋該柵格更大的面積。通過這種方式，可以將複雜的積分運算化簡為一個歐幾裡得距離運算，從而可以在滿足系統性能的前提下，極大簡化算法的複雜度。通過實際的算法驗證，本專利推薦使用參數值λ =0.8作為門限值。所有滿足到柵格中心距離不大於0.8R的柵格均為符合鏈路穩定度的路由，隨後發送節點從這些柵格中按照最短路徑準則選擇中繼節點，即可以達到與採用積分算法類似的性能。門限值越小，鏈路穩定性越高，但是代價就是從源節點到目的節點的路徑跳數會增加。反之，這個值越高，那麼鏈路穩定性越差，但是源節點到目的節點的路徑跳數會減少。 因此，這個值只能給出一個折中的選擇，具體優化與網絡中節點的布設位置和所追求的具體指標有關。比如，對於某些周期發送監控數據的傳感器網絡來說，某一次發送數據的丟失，不會影響到最終的監測結果，那麼這個門限可以設置的小一些，這樣可以減少跳數，從而減少參與路由的節點數，達到降低功耗的目的。而對於一些緊急突發的應用，由於數據很重要，因此可以將門限設置的高一些，這樣可以保證傳輸的可靠性。步驟七、當下一跳中繼節點在接收到該數據分組後，將會繼續按照步驟四至步驟六的方法繼續轉發數據分組，直到該分組到達中心節點為止。
具體實施方式
二 下面結合圖1和圖2說明本實施方式，本實施方式為對實施方式一所述的一種基於鏈路穩定性估算的無線柵格傳感器網絡組網方法的進一步說明，所述的傳感器節點只負責數據採集和數據發送，而不為其它節點提供中繼服務。
具體實施方式
三下面結合圖1和圖2說明本實施方式，本實施方式為對實施方式一所述的一種基於鏈路穩定性估算的無線柵格傳感器網絡組網方法的進一步說明，所述的中繼節點可以是特殊設計的節點也可以是從傳感器節點中選出的節點。
具體實施方式
四下面結合圖1和圖2說明本實施方式，本實施方式為對實施方式一所述的一種基於鏈路穩定性估算的無線柵格傳感器網絡組網方法的進一步說明，所述的步驟一中配置參數的目的是將中心節點將網絡分割成m行η列的柵格結構，並且為每個柵格指定一個唯一的中繼ID號，由於共有mXn個柵格，所以中繼節點的 ID號為1到mXn，每個中繼節點的編號規則為從網絡的左下角柵格開始沿水平方向向右側編號，然後上移一行，繼續從左側開始順序向右側編號，直到編號到網絡右上角的柵格為止；因此網絡最下方一行柵格的中繼ID號從左到右依次為1到η、下方倒數第二行中繼ID號從左至右為n+1到2η，最終網絡右上角的中繼節點ID即為mXn。
具體實施方式
五下面結合圖1和圖2說明本實施方式，本實施方式為對實施方式一所述的一種基於鏈路穩定性估算的無線柵格傳感器網絡組網方法的進一步說明，所述的步驟二中的計算出網絡的水平方向長度H和垂直方向長度L是為了確保網絡的柵格密度或中繼節點數量必須滿足公式(L/n)2+(2H/m)2 ^ R2或(2L/n)2+(H/m)2 ^ R2,以保證網絡的連通性；其中，R是節點的無線通信距離。
具體實施方式
六下面結合圖1和圖2說明本實施方式，本實施方式為對實施方式一所述的一種基於鏈路穩定性估算的無線柵格傳感器網絡組網方法的進一步說明，若該發送節點i的坐標為(xi; Yi)，當(Xi-X0)2+(Yi-Y0)2 ^ R2時，則節點i可以與中心節點直接通信，直接將分組發送給中心節點；否則，如果該節點位於中心節點的左上方，那麼該節點將會初步選定其右方、下方以及右下方的柵格作為中繼；否則如果該節點位於中心節點的右上方，那麼該節點將會初步選定其左方、下方以及左下方的柵格作為中繼；否則如果該節點位於中心節點的左下方，那麼該節點將會初步選定其右方、上方以及右上方的柵格作為中繼；否則如果該節點位於中心節點的右下方，那麼該節點將會初步選定其左方、上方以及左上方的柵格作為中繼。
具體實施方式
七下面結合圖1和圖2說明本實施方式，本實施方式為對實施方式一所述的一種基於鏈路穩定性估算的無線柵格傳感器網絡組網方法的進一步說明，本實施方式中，所述的網絡中的柵格尺寸小於或等於i /V^。從投資的角度出發，柵格的尺寸不應該太小，否則就會需要放置更多的傳感器節點和中繼節點，從而會大大增加網絡的成本。因此在滿足網絡連通性的前提下，網絡的柵格尺寸應該接近並小於i /V^。
具體實施方式
八下面結合圖1和圖2說明本實施方式，本實施方式為對實施方式一所述的一種基於鏈路穩定性估算的無線柵格傳感器網絡組網方法的進一步說明，本實施方式中，所述的網絡中的柵格均為正方形。本實施方式中，選擇網絡中的柵格均為正方形，能夠實現高效地進行鏈路估算。
權利要求
1. 一種基於鏈路穩定性估算的無線柵格傳感器網絡組網方法，其特徵在於它的實現步驟為步驟一、將無線傳感器網絡劃分為柵格，每個柵格中存在若干個傳感器節點，在數據傳輸過程中，在同一個柵格裡面，在任意時刻，只有一個傳感器節點作為中繼節點；步驟二、中心節點通過洪泛廣播的方式配置網絡的幾何坐標、子網ID、中心節點坐標及其ID、垂直方向柵格數目m和水平方向柵格數目η ；所述中心節點的ID為0，所在的位置為 (χ0' y0)；步驟三、第一次接收到該配置分組廣播數據的每個中繼節點，依據網絡參數計算出網絡的水平方向長度H和垂直方向長度L，並記錄這些配置信息，然後繼續中繼廣播該配置分組；接收過該配置分組的中繼節點，將不再轉發，直接丟棄該分組廣播數據；此時，如果傳感節點接收到該配置分組廣播數據，將依據網絡參數調整它的配置信息後直接丟棄該分組廣播數據；步驟四、當某一個傳感節點或中繼節點有數據分組信息需要發送給中心節點時，它將會依據它與中心節點間的相對位置信息來初步選擇分組將發送的方向，並列出所有備選中繼節點；步驟五、該發送節點依據它與所選定方向相鄰柵格間的相對位置信息，利用發送節點與各柵格中心間的距離來估算鏈路穩定度，估算出該發送節點與這些柵格中的中繼節點鏈路穩定性信息來估算在該方向上所有備選中繼節點的鏈路穩定性信息，具體方法如下首先通過坐標變換將備選柵格映射到網絡的右上方，並將坐標原點置於該發送節點所在柵格的右下角；更進一步將發送節點在其柵格中的位置以節點的無線通信距離R為半徑，劃定為四個區域，分別是多邊形B⑶、EFGCB, FGHIJ和IJK ；劃分原則首先以備選柵格右上方的頂底A點為圓心，以節點的無線通信距離R為半徑畫圓，圓與發送節點所在柵格相交，將發送節點i所在柵格劃分出第一個區域多邊形B⑶； 再以備選柵格的左上方的頂點M點為圓心，以節點的無線通信距離R為半徑畫圓，圓與發送節點所在柵格相交，將發送節點i所在柵格劃分出第二個區域多邊形ErecB ；再以備選柵格的右上方的頂點N點為圓心，以節點的無線通信距離R為半徑畫圓，圓與發送節點所在柵格相交，將發送節點i所在柵格劃分出第三個區域多邊形FGHIJ ；最後以發送節點i所在柵格的第四個區域KIJ內的任一點為圓心，以節點的無線通信距離R為半徑畫圓，該圓所覆蓋的面積，覆蓋了包括備選柵格左下方的頂點的區域LTS;下面分別利用積分公式就可以計算出該發送節點i所覆蓋各個柵格的面積與該柵格實際面積的比值，即柵格面積比；該比值越大，節點i與該所覆蓋柵格中中繼節點間的鏈路越可能存在並且穩定；如果節點i位於多邊形BCD中，那麼它所能覆蓋的最右上角柵格面積比為1 ；如果節點 i位於多邊形EreCB中，那麼它所能覆蓋的最右上角柵格面積為
2.根據權利要求1所述的一種基於鏈路穩定性估算的無線柵格傳感器網絡組網方法， 其特徵在於所述的步驟一中配置參數的目的是將中心節點將網絡分割成m行η列的柵格結構，並且為每個柵格指定一個唯一的中繼ID號，由於共有mXn個柵格，所以中繼節點的 ID號為1到mXn，每個中繼節點的編號規則為從網絡的左下角柵格開始沿水平方向向右側編號，然後上移一行，繼續從左側開始順序向右側編號，直到編號到網絡右上角的柵格為止；因此網絡最下方一行柵格的中繼ID號從左到右依次為1到η、下方倒數第二行中繼ID 號從左至右為η+1到2η，最終網絡右上角的中繼節點ID即為mXn。
3.根據權利要求1所述的一種基於鏈路穩定性估算的無線柵格傳感器網絡組網方法，其特徵在於所述的步驟二中的計算出網絡的水平方向長度H和垂直方向長度L是為了確保網絡的柵格密度或中繼節點數量必須滿足公式(L/n)2+OH/m)2彡R2或QL/n)2+(H/ m)2 ^ R2,以保證網絡的連通性；其中，R是節點的無線通信距離。
4.根據權利要求1所述的一種基於鏈路穩定性估算的無線柵格傳感器網絡組網方法， 其特徵在於所述的步驟四中選擇分組將發送的方向的具體方法如下若該發送節點i的坐標為(Xi, Yi)，當(Xi-X0)^(Yi-Y0)2 ( R2時，則節點i可以與中心節點直接通信，直接將分組發送給中心節點；否則，如果該節點位於中心節點的左上方，那麼該節點將會初步選定其右方、下方以及右下方的柵格作為中繼；否則如果該節點位於中心節點的右上方，那麼該節點將會初步選定其左方、下方以及左下方的柵格作為中繼；否則如果該節點位於中心節點的左下方，那麼該節點將會初步選定其右方、上方以及右上方的柵格作為中繼；否則如果該節點位於中心節點的右下方，那麼該節點將會初步選定其左方、 上方以及左上方的柵格作為中繼。
5.根據權利要求1所述的一種基於鏈路穩定性估算的無線柵格傳感器網絡組網方法， 其特徵在於所述的網絡中的柵格尺寸小於或等於。
6.根據權利要求1所述的一種基於鏈路穩定性估算的無線柵格傳感器網絡組網方法， 其特徵在於所述的網絡中的柵格均為正方形。
全文摘要
一種基於鏈路穩定性估算的無線柵格傳感器網絡組網方法，涉及一種無線傳感器網絡組網方法。為了解決原始的傳感器網絡組網技術不能夠利用本地節點自身的地理位置信息來進行鏈路估算，導致的網絡吞吐量低、網絡時延高和協議開銷高的問題。將無線傳感器網絡劃分為柵格，當某一個傳感節點或中繼節點有數據分組需要發送給中心節點時，它將會依據它與中心節點間的相對位置信息來初步選擇分組將發送的方向，並列出所有備選中繼節點；該發送節點依據它與所選定方向相鄰柵格間的相對位置信息，估算出該發送節點與這些柵格中的中繼節點鏈路穩定性信息來估算在該方向上所有備選中繼節點的鏈路穩定性信息。用於組建網絡。
文檔編號H04W84/18GK102413471SQ20121000458
公開日2012年4月11日 申請日期2012年1月9日 優先權日2012年1月9日
發明者劉紅芹, 吳少川, 張佳巖, 張文彬, 李文昊, 白旭, 高玉龍 申請人:哈爾濱工業大學