专利名称：一种基于网格分簇的无线传感器网络xy组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 组播路由方法。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建立组播树，并沿着X轴和Y轴方向发送数据。
背景技术：
传感器、嵌入式计算、网络和无线通信四大技术孕育了无线传感器网络。无线传感器网 络是一种全新的信息获取和处理、传输技术，通常包含大量的自组织成多跳无线网络的分布 式传感节点。由于无线传感器网络具有组网快捷、灵活，且不受有线网络约束的优点，无线 传感器网络可以被广泛的应用于军事，商业，医疗救护，环境监测等多方面，具有广泛的应 用前景。无线传感器网络作为现代通信技术中一个新的研究领域，引起了学术界和工业界的 高度重视。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r^ j，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。
3网络中经常需要把某些数据发送一个目的节点集，这个节点的集合是所有节点的子集， 这些节点是在源端事先给定的，这就是组播。找到一个从源到所有目的节点的路径树的方法 就是网络的组播路由方法。本发明中提出的XY组播路由方法是可以通用于无线多跳网络(包 括无线网格网络、无线自组织网络、无线传感器网络)的一种组播路由方法，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组播路由方法。
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的可靠并且不重复的传输到每一个目的节点。
图1是一个基于网格分簇的无线传感器网络XY组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组播目的节点，深灰色节点表示组播分流节点，浅灰 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 表示组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组播路由算法这一可靠而又 容易实现的组播路由方法，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组播路由协议。
本发明中提出的基于网格分簇的无线传感器网络XY组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XY组播路由协议，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 N0d《X,，Yi)，其中i=l,2,3,...。另外定义Xmin， Ymin分别为组播节点集中X轴和Y轴坐标值
中的最小值。
具体路由过程如下
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(Xm,n，Y^)。
2. 当数据到达网格(Xn^,Yn^)时，用一条以(Xmin,Ymm)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-
人当Yi《Xi + (Y^-Xmin)时，节点属于线下目的节点集。 人当Yi〉X, + (Y誠-X加n)时，节点属于线上目的节点集。
3. 网格(Xmin,Ymin)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XY组播路由方法传输。
5. 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，则继续做组播传输。 以下举例说明，如图1所示，我们假设一个数据包要从处于网格(l, l)中的源节点发送到
一个目的节点集，集合中的节点分别位于网格(4,2)、 (6,3)、 (4,4)、 (5,5)、 (3,6)。数据从源
节点发出时，(Xmin,Ymin)为(3,2)，数据包先沿着X轴方向将数据转发到与(3, 2)处于同一 X轴
的网格(l, 2)中，再从网格(l, 2)中的簇头节点沿Y轴方向转发到网格(3, 2)中的簇头节点。在 此节点中将源数据包复制成两个数据包，分别携带线上目的节点集和线下目的节点集的位置 信息，两个目的节点集的位置信息分别是(4,2)、 (6,3)和(4,4)、 (5,5)、 (3,6)。携带线上目的
5节点集位置信息的数据包沿Y轴方向传给位于网格(4, 2)的目的节点，并将这个目的节点的位 置信息从数据包中去除。数据包中还省下位于网格(6，3)中的目的节点，数据包则按照XY单 播路由的方式传给位于网格(6, 3)中的目的节点。携带线上目的节点集位置信息的数据包沿X 轴方向做同样的操作。最后将数据包传给目的节点集中的所有节点。
权利要求
1、一种基于网格分簇的无线传感器网络XY组播路由协议，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组播路由方法。
2、 根据权利要求l所述的基于网格分簇的无线传感器网络XY组播路由协议，其特征在 于在网格分簇的基础上，按网格坐标做XY组播路由，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组播路由协议，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l所述的基于网格分簇的无线传感器网络XY组播路由协议，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组播路由方法。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传输的鲁棒性，同时避免了重复传输。
文档编号H04L12/56GK101577669SQ20081010586
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