专利名称：基于内容的无线传感网络组播路由信息处理方法
技术领域：
本发明涉及一种网络组播路由信息处理方法，尤其是涉及一种基于内容的无线传感网络组播路由信息处理方法。
背景技术：
一组安装了智能传感器的无线带有路由功能的且可以移动的装置可组成的一个多跳的临时性自治系统。系统以协作地感知、采集和处理网络覆盖中的感知对象信息，并以把信息发布给观察者的一组传感器，按自组网方式构成无线传感网络。该系统是近几年来广受关注的无线通信系统之一，也是支持未来物联网的核心技术，这种无线网络由于无需通信基础设施，组网方便灵活，所以，可广泛应用于固定网络很难触及的灾难救助、临时会议、恐怖袭击、战场等突发应急场合。也将广泛应用于“物与物”互联的情形之下，主要应用表现在环境、健康、家庭、交通、建筑和其它商业领域。虽然对后者这方面已经有实用案例 (世博会安保系统)，但是涉及到的很多技术，诸如MAC、路由和网管还处在理论研究或者成果转化阶段。与本专利相关的组播问题是该领域难点和关键技术问题，也是热点问题。它的突破必将推进实用化组网技术的进程，使之应用领域特别是推进物联网实用的普及步伐加快。在赋予了广阔的应用前景的无线传感网络的研究与应用中，从组播路由方面来看，路由发现技术经历了三个发展过程初期，人们一度认为成熟的Internet组播技术加上传感网络路由机制结合是足够充分的，但深入地研究表明为传统的有线网络设计的组播协议和算法并不适用，如距离矢量组播路由(DVMRP)、组播开放最短路径优先协议 (MOSPF)、基于核心树的组播协议(CBT)和与协议无关的组播协议(PIM)，均不能很好地运行，因为在传感网络动态拓扑变化中，它们都会出现一些分布树，且分布树结构容易被破坏，节点间路由矢量或链路状态表的频繁交换，产生了额外的信道和处理开销，存储能量和电池消耗受到严格的限制等问题，使得通信路径失效，无法实现通信服务。接着路由技术研究进入了实效阶段，目前，一般普遍得到认可的代表性成果有DSDV、WRP、A0DV、DSR、T0RA和 ZRP等。源头性的创新性研究主要集中在2001年以前，后续的成果多为这些协议的改进。但它们就进行有效通信的非常关键问题的路径确定上基本上都是建立在单播路由的基础上， 因此不能很好利用网络资源，而这一点如果是IP等传统网络可能不算大问题，然而对于传感网络这种新型网络来说，确实是极其不能忽视的。良好的设计应该利用网络的广播能力， 单独地解决组播路由问题。大致2004年后，组播路由技术就进入了重点应放在健壮性和数据包传输效率的折衷，高度实用性和可扩展性，主机节电与无约束的移动，节点移动的速度和方向上阶段。但是由于太复杂的缘故代表性成果不多，主要有基于网格的ODMRP和基于树的MA0DV，其它都是在它们基础上的改进方法。其不足是通常方法主要集中在鲁棒性、占用信道以及网络扩展上，由此，对未来应用产生了制约。另外，由于实现的复杂程度过高，使得网络设备成本高，调试和维护成本随之不可预料，且一旦有节点失效(移动、电磁能量耗尽或转发信息量过大)可能导致通信速率陡然下降，严重时可使得通信无法进行。
在传感器网络中，由于隐含的流动性，一个节点获得的关于相邻节点的信息信号常常变得过时。随着节点流动性的增加，或者导致包传输的速率下降，或者导致无线信道的负荷陡增。虽然已有的组播技术优于其它路由的技术，节点只需要知道关于本地相邻节点和目的地的位置，从而用它来代替全局性路由拓扑结构。但是，它们存在的共性不足问题是转发信息节点不考虑信息的内容，一概转发，显然节点电池能耗加剧，开销过大，从而导致网络频繁的拓扑变化，使得网络性能加速变坏。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于内容的无线传感网络组播路由信息处理方法。本发明的目的可以通过以下技术方案来实现一种基于内容的无线传感网络组播路由信息处理方法，其特征在于，包括以下步骤I)传感器的推过程；2)接收终端的拉过程。所述的传感器的推过程如下I)节点收到路由发现的报文；2)节点中的传感器判断是否检测到一个内容信息k时，若为是，执行步骤3)，若为否，不发送应答信息；3)计算并确定该内容信息k的速度矢量Vk、横向波的范围Wk及时间参数tk、Λ t ;4)传感器向在内容移动的方向上的长度为Vk (tk+At)，宽度为Wk的范围内的每个簇的簇首发送一个内容警告信息；5)接收到内容警告信息的簇首，在本簇内广播该消息；6)判断接收内容警告信息的最远簇是否小于Vk*tk，若为是，一个新的推消息就会发往距离内容小于Vk(tk+At)的簇，若为否，设为成员节点并发回应答信息。所述的接收终端的拉过程如下I)设置某节点m的时间参数为tm，节点收集在tm时间内将收到的内容警告信息；2)节点m在tm时间后，向将到达的簇中A的簇首发送一个拉信息的请求信息；3)判断A中的簇首是否掌握在tm时刻A区域的威胁信息，若为是，执行步骤4)； 若为否，执行步骤5)；4) A中的簇首向节点m发回所有掌握的在tm时刻在A区域的威胁信息；5)对k类威胁信息,初始化最大速度Vkmax ;簇首向位于Vkmax tm处地理块的簇首发送拉请求；6)判断这些块威胁信息在tm时刻是否会到达A区，若为是，执行步骤7)，否则执行步骤4)。所述的内容警告信息包括内容的性质、速度和估计的移动方向变化的趋势。所述的请求信息，包括节点m的速度矢量以及能够对m造成威胁的内容说明。与现有技术相比，本发明具有以下优点I、能确保仅有哪些需要接收信息的终端接收到信息，因此利用该路由发现方法减少了不必要的信息的传送，显见，它既保证了所有需要接收组播消息的节点能够成功的接收数据，又有效的限制了组播的范围，从而降低了路由开销，同时节约无线终端节点的能量，提高了数据接收成功率，网络的可扩展性好；2、本发明提出的基于内容的推拉机制，使得信号携带更多位置信息的发送不再是必需的。任何带有发往目的地信息的节点，可能不需要该节点在相邻路由表中登记就能参与传输过程。数据包可通过单跳广播传输，所有在无线范围内带有发往目的地信息的节点， 都可以继续转发数据包，因此，传输决定的任务在于可能的下一跳而不是传输节点；3、一方面是使得通信能够达到的地域更广，另一方面是要对无线网络加以增强和补充，本发明与现有技术相比还最大限度解决了第一方面的问题。
图I为本发明传感器的推过程的流程图；图2为本发明接收终端的拉过程的流程图；图3为本发明的硬件结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。实施例一种基于内容的无线传感网络组播路由信息处理方法，包括以下步骤I)传感器的推过程；2)接收终端的拉过程。如图I所示，所述的传感器的推过程如下I)节点收到路由发的报文；2)节点中的传感器判断是否检测到一个内容信息k时，若为是，执行步骤3)，若为否，不发送应答信息；3)计算并确定该内容信息k的速度矢量Vk、横向波的范围Wk及时间参数tk、Λ t ;4)传感器向在内容移动的方向上的长度为Vk (tk+At)，宽度为Wk的范围内的每个簇的簇首发送一个内容警告信息；5)接收到内容警告信息的簇首，在本簇内广播该消息；6)判断接收内容警告信息的最远簇是否小于Vk*tk，若为是，一个新的推消息就会发往距离内容小于Vk(tk+At)的簇，若为否，设为成员节点并发回应答信息。如图2所示，所述的接收终端的拉过程如下I)设置某节点m的时间参数为tm，节点收集在tm时间内将收到的内容警告信息；2)节点m在tm时间后，向将到达的簇中A的簇首发送一个拉信息的请求信息；3)判断A中的簇首是否掌握在tm时刻A区域的威胁信息，若为是，执行步骤4)； 若为否，执行步骤5)；4) A中的簇首向节点m发回所有掌握的在tn时刻在A区域的威胁信息；5)对k类威胁信息,初始化最大速度Vkmax ;簇首向位于Vkmaxtm处地理块的簇首发送拉请求；
6)判断这些块威胁信息在tm时刻是否会到达A区，若为是，执行步骤7)，否则执行步骤4)。如图3所示,本发明的硬件结构包括汇集节点、多个簇,每个簇包括一个簇头节点和多个其他节点，所述的节点是含有智能传感器的无线终端，它一般包括处理器、无线收发装置、传感器、A/D转换接口和电池等组成。所有终端工作在ISM频段，并通过无线方式相连接，发射终端通过多个中继节点与接收终端以多跳方式彼此通信。所述的无线终端可以是笔记本电脑、PDA、单兵、卫星以及含有智能传感器的所有用电设备(车辆、家用电器等)。本发明可把具有智能传感器的各种无线终端(也称节点)构成一个传感器网络， 网络中节点按簇结构彼此通信。通信时，假设特定信息可以通过所到达的受影响的区域的自动传感器来收集，且有关其他终端设备的移动、性能和位置等信息也可以轻易获取(如通过GPS)。某一时刻路由发现可由网络中任意终端发起，所有的拉请求都附带一个TTL域， 这意味着一旦一个簇首收到了一个拉请求，它就会保存这个请求直到TTL域为零，这期间， 如果有任何新的特定信息，它将向产生这个拉请求的节点传送该危险的警告信息，并退出该步骤，这样确保了仅需发送较少的拉请求即可。传感器和其他终端产生它们检测到的关于危险和资源的移动、强度和位置的信息。然后，它们将这些信息传给需要这些信息的节点即组播组节点，最终可形成由路由发起终端到接收终端的路径，从而完成路由发现过程，进而完成终端之间的通信。图I所示为本发明推过程的具体流程；图2所示为本发明拉过程的具体流程。利用推-拉机制发布信息。因此接收节点的集合，是由被组播的数据的内容决定，并随着组播内容的变化和接收节点的移动而变化，从而最大限度地提高传输信息的效率。
权利要求
1.一种基于内容的无线传感网络组播路由信息处理方法，其特征在于，包括以下步骤1)传感器的推过程；2)接收终端的拉过程。
2.根据权利要求I所述的一种基于内容的无线传感网络组播路由信息处理方法，其特征在于，所述的传感器的推过程如下1)节点收到路由发现的报文；2)节点中的传感器判断是否检测到一个内容信息k时，若为是，执行步骤3)，若为否， 不发送应答信息；3)计算并确定该内容信息k的速度矢量Vk、横向波的范围Wk及时间参数tk、Λt ;4)传感器向在内容移动的方向上的长度为Vk(tk+ Λ t)，宽度为Wk的范围内的每个簇的簇首发送一个内容警告信息；5)接收到内容警告信息的簇首，在本簇内广播该消息；6)判断接收内容警告信息的最远簇是否小于Vk*tk，若为是，一个新的推消息就会发往距离内容小于Vk (tk+At)的簇，若为否，设为成员节点并发回应答信息。
3.根据权利要求I所述的一种基于内容的无线传感网络组播路由信息处理方法，其特征在于，所述的接收终端的拉过程如下1)设置某节点m的时间参数为tm，节点收集在tm时间内将收到的内容警告信息；2)节点m在tm时间后，向将到达的簇中A的簇首发送一个拉信息的请求信息；3)判断A中的簇首是否掌握在tm时刻A区域的威胁信息，若为是，执行步骤4);若为否，执行步骤5)；4)A中的簇首向节点m发回所有掌握的在tm时刻在A区域的威胁信息；5)对k类威胁信息,初始化最大速度Vkmax;簇首向位于Vkmax tm处地理块的簇首发送拉请求；6)判断这些块威胁信息在tm时刻是否会到达A区，若为是，执行步骤7)，否则执行步骤4)。
4.根据权利要求2所述的一种基于内容的无线传感网络组播路由信息处理方法，其特征在于，所述的内容警告信息包括内容的性质、速度和估计的移动方向变化的趋势。
5.根据权利要求3所述的一种基于内容的无线传感网络组播路由信息处理方法，其特征在于，所述的请求信息，包括节点m的速度矢量以及能够对m造成威胁的内容说明。
全文摘要
本发明涉及一种基于内容的无线传感网络组播路由信息处理方法，包括以下步骤1)传感器的推过程；2)接收终端的拉过程。与现有技术相比，本发明具有既保证了所有需要接收组播消息的节点能够成功的接收数据，又有效的限制了组播的范围，从而降低了路由开销，同时节约无线终端节点的能量，提高了数据接收成功率，网络的可扩展性好。
文档编号H04W40/22GK102612108SQ20111002716
公开日2012年7月25日 申请日期2011年1月25日 优先权日2011年1月25日
发明者原萍 申请人:上海工程技术大学