专利名称：一种基于无线多媒体传感器网络的多路径路由方法
技术领域：
本发明涉及一种基于无线多媒体传感器网络的多路径路由方法。该方法传感数据及时、准确、高效地传输提供保障，属于传感器网络技术和无线通信技术的交叉领域。
背景技术：
无线多媒体传感器网络在传统的无线传感器网络的基础上引入了多媒体传感器节点，这些节点是具有多媒体信息感知、计算和通信能力的多媒体传感器节点，动态自组形成网络，全面协作地感知、采集和处理覆盖区域中的多媒体信息，通过多方面多角度的感知，可有效提高监控质量，更好地满足了用户的需求。发明人在研究中发现，无线传感器网络在加入多媒体节点收集多媒体数据后，对 数据处理和传输的要求更高。虽然多媒体节点的处理和传输能力得到了很大的提高，但是普通节点的能力有限，在作为中继节点传输的时候会导致网络拥塞。所以需要有传输机制和路由协议来保障数据传输的QoS。多路径传输是一种有效的路由传输方式，通过建立多条从源节点到目标节点的路径，不但有效地降低了节点自身的负载，更有效的提高了数据传输的实时性和可靠性。
发明内容
技术问题本发明的目的是提供一种无线多媒体传感器网络的多路径路由算法，该方法以无线多媒体传感器网络节点为依托，以提高传感器网络生存时间为目标，构建从源节点到目的节点的传感数据传输路径，保证了多媒体传感数据和普通传感数据及时、可靠地到达目的节点。技术方案本发明建立了一种无线多媒体传感器网络的方法，其基本的系统组成包括
普通节点可以感知其周围空间的温度、湿度、光照度、气体浓度等环境信息的无线传感器网络节点。普通节点同时具备数据包转发能力，可以将其自身产生的传感数据或接收到的其它节点的传感数据发送到其通信能力可达的任何节点；
多媒体节点可以监测周围环境的多媒体信息(如视频、音频等)的无线传感器网络节点。该类节点同时具备数据包转发能力，可以将其自身产生的传感数据或接收到的其它节点的传感数据发送到其通信能力可达的任何节点；
中继节点具备数据转发能力的节点。本发明中定义网络中任何节点都可以成为中继节点。中继节点拥有一块数据接收缓冲区，用于暂存接收到的数据，一旦该数据被中继节点处理完毕，则其占用的部分缓冲区将释放；
源节点具有传感能力并发出传感数据的普通节点；
汇聚节点传感数据最终传输到的节点；
本发明无线多媒体传感器网络的多路径路由方法所包含的步骤为
I)在网络环境内，随机撒播多个具有相同初始能量E、相同通信能力与传感能力的普通传感器节点和多媒体传感器节点，传感器节点知道自己的地理位置；各个传感器节点有自己唯一的ID，每个节点都能感知自己的剩余能量，撒布的传感器节点总数已知，网络中的不计汇聚节点的节点总数为M ;
2)汇聚节点部署在网络的顶端，各个普通传感器节点和多媒体传感器节点可以直接和汇聚节点通信，汇聚节点的功率和数据处理能力要远强于传感器节点；
3)源节点S向目的节点D发送服务请求报文SRP(S, D, SRPNum, service-type,packet-type, Bandffidth, Delay, Cost, Hop, AvalibIe-Bandffidth, Delay-sum,Power-remaining, Nodelist)
其中，S是源节点，D是目的节点，SRPNum是分组号，service-type是服务类型,包括Sf或Sr两种服务，packet-type是分组类型，BandWidth是节点带宽限制，即节点的最小链路带宽是BandWidth ；Delay是延迟限制，即节点的延迟要小于Dalay ；Cost是节点的能耗；Hop是一个路由跳数限制,节点总数要小于Hop ；Avalible-Bandffidth是节点可用剩余带宽，delay-sum是链路总延迟，Power-remaining是节点剩余能量，Nodelist是记录路由信息的节点列表。4)当节点S向D发送传输请求时，先在本地节点查找到D的路径，如果有，就利用该路径传输，否则，就广播SRP分组，中间节点N接收到分组后，根据S，D，SRPNum判断是否重复接收，如果是，就丢弃分组；否则进行转发。5)当目的节点D收到探测分组SRP之后,探测分组中的Hop, Avalible-BandWidth,Delay-sum, Power-remaining, Nodelist域复制到回复分组SRR,并读取探测分组的service-type,判断源节点S发出的是事件驱动的高带宽多媒体服务请求还是周期性的低带宽监测数据服务请求。对于两种不同的服务请求，采用不同的方案来回复
6)针对事件驱动的高带宽多媒体服务，为减少端到端延迟，使用最短多路径方案，Stepl:在节点收到第一个SRP分组之后记录下路由信息，然后立刻回复SRR分组；Step2:等待一个设定的Waiting-Time时间收集其他的SRP分组,得到多路径集；Step3:在路径集中选择和第一个SRP分组的节点独立路径(如果没有节点独立路径，就选择最大链路独立路径)中路径最短的两条，回复SRR分组。源节点在收到第一个SRR分组后，就利用该路径进行传输，当收到第二个，第三个分组后，使用类似的分组分配方案，读取分组中的Hop, Avalible-Bandffidth, Delay-sum,Power-remaining域的内容,并利用下面的判断函数，将负载按比例分配到这三条路径上进行传输。
P(S, Dt SEPNum)= αχB(P)^PxD(P)+ ΧP CP)+ SxH (P)
B(P) = Avalible-BandffidthD(P)= Delay-sumP(P) = Power-remainingH(P) =Hop
其中α，β，Y，δ是分配因子，用户根据不同的需求设定不同的因子值。传输结束后，源节点沿着这三条路径发送释放分组，结束这次传输。7)周期性的低带宽监测数据服务请求，为更加充分的利用带宽，使用最宽多路径方案，在目的节点收到第一个SRP分组后，先不回复，在等待一个Waiting-Time时间后对收集到的SRP分组选择Avalible-BandWidth最大可用带宽的路径进行回复SRR。源节点在发送结束后向这条路径发送释放分组，结束传输。8)协议对节点使用三个不同的状态空状态、传输状态、重建状态。节点没有建立对应于该路由的传输任务时处于空状态；
节点正在对应的路由传输数据时，就处于传输状态节点；
节点在Transporting-Time的传输时间内没有收到数据就转入重建状态，等待Repairing-Time的时间，如果在这期间收到了对应的数据分组,表明路由已经得到修复，返回传输状态；否则表示链路已经断开，则删除对应路由信息，释放占用的带宽资源。有益效果作为一种无线多媒体传感器网络的多路径路由方法，本发明具有以下 一些有益成果
I.本发明在保障多媒体数据的服务质量的同时，还有效地均衡了节点的能量消耗。2.本发明不会因为节点数量的变多产生明显恶化做到了能量和服务质量的平衡，是适合传输的方法。3.本发明采用区分服务类型的方式，对不同的服务的不同需求，使用各自的传输方式，不仅保障了实时数据的快速传输，同时也合理地利用了带宽资源。协议中使用不同的节点状态信息，很好的适应了网络拓扑状态的变化。
图I是本发明所面向的无线多媒体传感器网络结构。图2是区分服务的数据传输示意图。图3是路由维护过程中的节点状态转换示意图。
具体实施例方式本发明提出一种新型的多路径路由算法，其具体实施方式
为
1)在网络环境内，随机撒播多个具有相同初始能量E、相同通信能力与传感能力的普通传感器节点和多媒体传感器节点，传感器节点知道自己的地理位置；各个传感器节点有自己唯一的ID，每个节点都能感知自己的剩余能量，撒布的传感器节点总数已知，网络中的不计汇聚节点的节点总数为M ;
2)汇聚节点部署在网络的顶端，各个传感器节点可以直接和汇聚节点通信，汇聚节点的功率和数据处理能力要远强于传感器节点；
3)当源节点S向目的D发送传输请求时，先在本地节点查找到D的路径，如果有，就利用该路径传输，否则，就广播SRP分组，中间节点N接收到分组后，根据S，D，SRPNum判断是否重复接收，如果是，就丢弃分组；否则进行转发。 4)当目的节点D收到探测分组SRP之后，根据探测分组，判断源节点S发出的是事件驱动的高带宽多媒体服务请求还是周期性的低带宽监测数据服务请求。对于两种不同的服务请求，采用不同的方案来回复
5)协议对节点使用三个不同的状态空状态、传输状态、重建状态。节点没有建立对应于该路由的传输任务时处于空状态；节点正在对应的路由传输数据时，就处于传输状态节点；
节点在Transporting-Time的传输时间内没有收到数据就转入重建状态，等待Repairing-Time的时间，如果在这期间收到了对应的数据分组,表明路由已经得到修复,返 回传输状态；否则表示链路已经断开，则删除对应路由信息，释放占用的带宽资源。
权利要求
1. 一种基于无线多媒体传感器网络的多路径路由方法，其特征在于该方法包括以下步骤 1)在网络环境内，随机撒播多个具有相同初始能量E、相同通信能力与传感能力的普通传感器节点和多媒体传感器节点，传感器节点知道自己的地理位置；各个传感器节点有自己唯一的ID，每个节点都能感知自己的剩余能量，撒布的传感器节点总数已知，网络中的不计汇聚节点的节点总数为M ; 2)汇聚节点部署在网络的顶端，各个普通传感器节点和多媒体传感器节点可以直接和汇聚节点通信，汇聚节点的功率和数据处理能力要远强于传感器节点； 3)源节点S向目的节点D发送服务请求报文SRP,包括S，D,SRPNum, service-type,packet-type, Bandffidth, Delay, Cost, Hop, Avalible-Bandffidth, Delay-sum,Power-remaining, Nodelist, 其中，S是源节点，D是目的节点，SRPNum是分组号，service-type是服务类型,包括Sf或Sr两种服务，packet-type是分组类型，BandWidth是节点带宽限制，即节点的最小链路带宽是BandWidth ；Delay是延迟限制，即节点的延迟要小于Dalay ；Cost是节点的能耗；Hop是一个路由跳数限制,节点总数要小于Hop ；Avalible-Bandffidth是节点可用剩余带宽，delay-sum是链路总延迟，Power-remaining是节点剩余能量，Nodelist是记录路由信息的节点列表； 4)当节点S向D发送传输请求时，先在本地节点查找到D的路径，如果有，就利用该路径传输，否则，就广播SRP分组，中间节点N接收到分组后，根据S，D，SRPNum判断是否重复接收，如果是，就丢弃分组；否则进行转发； 5)当目的节点D收到探测分组SRP之后，探测分组 中的Hop,Avalible-Bandffidth,Delay-sum, Power-remaining, Nodelist域复制到回复分组SRR,并读取探测分组的service-type,判断源节点S发出的是事件驱动的高带宽多媒体服务请求还是周期性的低带宽监测数据服务请求；对于两种不同的服务请求，采用不同的方案来回复； 6)针对事件驱动的高带宽多媒体服务，为减少端到端延迟，使用最短多路径方案，具体如下 Stepl:在节点收到第一个SRP分组之后记录下路由信息，然后立刻回复SRR分组， Step2:等待一个设定的Waiting-Time时间收集其他的SRP分组，得到多路径集， Step3:在路径集中选择和第一个SRP分组的节点独立路径中路径最短的两条，如果没有节点独立路径，就选择最大链路独立路径，回复SRR分组； 源节点在收到第一个SRR分组后，就利用该路径进行传输，当收到第二个，第三个分组后，使用类似的分组分配方案，读取分组中的Hop, Avalible-Bandffidth, Delay-sum,Power-remaining域的内容,并利用下面的判断函数，将负载按比例分配到这三条路径上进行传输；P(S, Dt SRFNum)= a x B(P>f βχ D(P)+ χ P CP)+ SxH (P)B(P) = Avalible-BandffidthD(P)= Delay-sumP(P) = Power-remainingH(P) =Hop 其中α，β，Υ，δ是分配因子，用户根据不同的需求设定不同的因子值，传输结束后，源节点沿着这三条路径发送释放分组，结束这次传输； 7)周期性的低带宽监测数据服务请求，为更加充分的利用带宽，使用最宽多路径方案，在目的节点收到第一个SRP分组后，先不回复，在等待一个Waiting-Time时间后对收集到的SRP分组选择Avalible-BandWidth最大可用带宽的路径进行回复SRR， 源节点在发送结束后向这条路径发送释放分组，结束传输； 8)协议对节点使用三个不同的状态空状态、传输状态、重建状态， 节点没有建立对应于该路由的传输任务时处于空状态； 节点正在对应的路由传输数据时，就处于传输状态节点； 节点在Transporting-Time的传输时间内没有收到数据就转入重建状态，等待Repairing-Time的时间，如果在这期间收到了对应的数据分组,表明路由已经得到修复,返回传输状态；否则表示链路已经断开，则删除对应路由信息，释放占用的带宽资源。
全文摘要
一种面向无线多媒体传感器网络的多路径路由方法，是一种针对无线多媒体传感器网络(WirelessMultimediaSensorNetworks,WMSN)中多媒体数据流传输的技术方案，主要用于解决多媒体流实时性传输的问题，并尽可能延长网络生存周期，其特征是采用多路径传输无线多媒体传感器网络中从源节点到目的节点的数据，并且采用区分服务的模式，向用户提供更高的服务质量。
文档编号H04W84/18GK102821434SQ201210256479
公开日2012年12月12日 申请日期2012年7月24日 优先权日2012年7月24日
发明者王汝传, 郭枭, 黄海平, 孙力娟, 沙超, 肖甫, 蒋凌云, 徐佳, 顾翔 申请人:南京邮电大学