一种基于蜂窝结构和坐标定向的rfid路由算法
【专利摘要】本发明公开一种基于蜂窝结构和坐标定向的RFID路由算法，其包括蜂窝结构的划分、数据转发域的确定、确定最优下一跳和转发数据过程；所述蜂窝结构的划分以节点S为中心，向周围扩展，以正六边形的蜂窝结构覆盖整个网络区域；所述数据转发域为以源节点S为顶点，两条外切线所辖的角度为α的扇形区域；所述确定最优下一跳的过程包括：源节点S处在正三角形△ABS中，在△ABS的泛相邻三角形中分别用优化函数f(L,W)算出各泛相邻三角形中下一跳的最优点，最终在这些最优点中选择f(L,W)值最小者作为下一跳节点；以此类推实现数据的中间转发过程。本发明综合考虑地理位置信息和簇结构，结合优化函数，能很好地提高数据的转发效率。
【专利说明】一种基于蜂窝结构和坐标定向的RFID路由算法
【技术领域】
[0001]本发明涉及RFID无线传感器网络【技术领域】，具体涉及一种基于蜂窝结构和坐标定向的RFID路由算法。
【背景技术】
[0002]物联网RFID节点(具有WSN功能的RFID阅读器)在工作过程中，为了使数据能在无线RFID节点间高效地向目标汇集，路由问题是其首要考虑的问题。
[0003]现有的WSN路由不等同于RFID路由，二者之间既有相似之处，也有差异之别。其相同点是:均为无线多跳的通信协议。其差异之处为:①RFID节点的主要任务是对区域内物品标签的碰撞识别、读写，其次才是作为中间节点将数据面向目标节点汇集转发，其区域内标签数对其作为中间节点能用于数据转发的工作带宽有影响；@WSN的节点大量散布在无人区，而多个sensor采集同一片区域的重叠数据在从sensor节点到sink的过程中极易消耗能量，其供电电池的替换缺乏可操作性，节能是其考虑的首要因素，故WSN路由协议主要是从如何提高能量利用率的角度来考虑路由的优化；而在物联网环境下RFID节点主要处在供应链领域，能量只是其考虑的因素之一，而不是主要因素。且现有的某些路由协议(如DREAM)还是存在一些缺陷的。
[0004]目前现有的WSN路由协议很多，其中具有代表性的平面型路由协议有:洪泛(Flooding)路由协议、信息协商传感器协议SPIN、定向扩散(Directed Diffusion)路由协议、谣传(Rumor)路由协议、闲聊(Gossiping)路由协议和前向主动查询ACQUIRE路由协议。典型的基于地理位置信息的路由协议有LAR(Location-Aided Routing)路由协议、GAF(Geographical Adaptive Fidelity)路由协议、GPSR(Greedy Perimeter StatelessRouting)路由协议、能量位置意识路由GEAR等。基于族的路由协议主要有:低能量自适应聚类分层LEACH、能量有效性数据收集协议PEGASIS、敏感阈值能量有效TEEN、周期性自适应敏感闭值能量有效路由APTEEN、HeeD协议、TTDD路由协议、多层聚类算法等。
[0005]定向区域泛洪路由协议DREAM，该协议中源节点和每个中间节点分别计算自己到目标节点的方向，确定期望域和转发域后，源节点和中间节点均将数据分组转发给转发域的所有一跳邻节点，直到数据分组成功递交给目标节点。
[0006]物联网RFID路由研究很少，卢旭认为RFID路由等同于WSN路由(卢旭，基于簇的RFID传感器网络路由协议研究，广东工业大学工学硕士学位论文，2009年5月);Cabrera提出的基于WSN和RFID的智能家居中其无线路由仍采用WSN的简单多跳通信协议(Cabrera Altamirano Ivan, Rodriguez Henriquez Francisco, A scalable intelligentroom based on wireless sensor networks and RFIDs, Program and Abstract Book-20107thInternational Conference on Electrical Engineering, Computing Science andAutomatic Control, CCE2010, p434_439)。
[0007]以上各种方法的缺点分别在于:
[0008](I)基于地理位置信息的路由协议，侧重于单从地理位置信息的角度出发研究路由问题；基于簇的路由协议，则侧重于单从簇的角度研究路由问题，未能将地理位置信息和簇等因素整合起来，综合地考虑路由问题。
[0009](2)大多数研究人员所研究的是WSN路由而非真正意义上的物联网RFID路由。
[0010]理由如下:两者均为一种无线多跳的通信协议；但其差异之处为:①RFID节点的主要任务是对区域内物品标签的碰撞识别、读写，其次才是作为中间节点将数据面向目标节点汇集转发，其区域内标签数对其作为中间节点能用于数据转发的工作带宽有影响；②WSN的节点大量散布在无人区,而多个sensor采集同一片区域的重叠数据在从sensor节点到sink的过程中极易消耗能量，其供电电池的替换缺乏可操作性，节能是其考虑的首要因素，故WSN路由协议主要是从如何提高能量利用率的角度来考虑路由的优化；而在物联网环境下RFID节点主要处在供应链领域，能量只是其考虑的因素之一，而不是主要因素。
[0011]由此可见，RFID节点与WSN节点主要任务、工作环境及上下文因素等有不同，两者路由仍存在很大差异，RFID路由不能简单地等同于WSN路由，目前此领域的研究仍处于待开拓状态。
[0012](3)现有的定向区域泛洪路由协议DREAM中，对到达目标节点的泛洪范围进行了限制，但在节点数目多、数据量大的网络中，数据分组在转发区域内进行泛洪，将会消耗大量的能量。本提案中的算法采用一种优化函数来具体确定数据包该转发给某一最优节点，从而避免盲目泛洪和能量的大量消耗。
【发明内容】
[0013]本发明为了避免片面考虑单种因素(如地理位置信息、簇结构等)和避免盲目泛洪消耗大量能量，本发明综合考虑地理位置信息和簇结构并结合优化函数，提出了一种基于蜂窝结构和坐标定向的RFID路由算法，具体技术方案如下。
[0014]一种基于蜂窝结构和坐标定向的RFID路由算法，其特征在于包括蜂窝结构的划分、数据转发域的确定、确定最优下一跳和转发数据过程；
[0015]所述蜂窝结构的划分过程包括:将所有RFID阅读器作为节点，节点S为源节点，节点D为目标节点，在目标节点D处以D为圆心、以目标节点D通信半径Re≤2R为半径画圆D，则圆D所在区域为目标节点D期望域；以节点S为中心，向周围扩展，以正六边形的蜂窝结构覆盖整个网络区域，R为所述正六边形的边长；
[0016]所述数据转发域的确定过程包括:在源节点S处向圆D引两条外切线，形成的可转发角度为α，其中
【权利要求】
1.一种基于蜂窝结构和坐标定向的RFID路由算法，其特征在于包括蜂窝结构的划分、数据转发域的确定、确定最优下一跳和转发数据过程； 所述蜂窝结构的划分过程包括:将所有RFID阅读器作为节点，节点S为源节点，节点D为目标节点，在目标节点D处以D为圆心、以目标节点D通信半径Re≥2R为半径画圆D，则圆D所在区域为目标节点D期望域；以节点S为中心，向周围扩展，以正六边形的蜂窝结构覆盖整个网络区域，R为所述正六边形的边长； 所述数据转发域的确定过程包括:在源节点S处向圆D引两条外切线，形成的可转 发角度为α，其中
2.根据权利要求1一种基于蜂窝结构和坐标定向的RFID路由算法，其特征在于若数据转发的过程中，某一个中间节点按照下所述确定最优下一跳的过程在邻节点中找不到下一跳节点时，采用回溯法，将数据包回溯转发给上一个节点，再由上一节点选择另外的次优邻节点进行转发。
3.根据权利要求1一种基于蜂窝结构和坐标定向的RFID路由算法，其特征在于所述优化函数f(L，W) =Rc/L-l+W，其中W为RFID阅读器的通道利用率；L为节点转发一次的距离，L小于或等于Re ;定义通道可容纳的最大数据包数为N个，通道的数据包为η个，O < η < N，则该节点的宽带利用率为
【文档编号】H04W40/04GK104010335SQ201410199509
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年5月12日 优先权日:2014年5月12日
【发明者】余松森, 彭广欣, 赵振宇, 林德光, 罗文易, 罗继声 申请人:华南师范大学