基于德洛内三角剖分的空洞绕行地理路由方法
【技术领域】
[0001] 本发明是基于德洛内S角剖分的空洞绕行地理路由方法，属于无线传感器网络中 地理路由领域。
【背景技术】
[000引无线传感器网络（WirelessSensorNetworks)通过大量部署在监测区域内的传 感器节点，采集感知对象的信息，并传输该些采集的信息至用户。在无线传感器网络中，地 理路由协议使得数据分组可W通过多跳无线传输到达指定地理位置的节点，因而具备广泛 应用。
[0003] 在地理路由算法下，每个节点周期向邻居节点发送 HeUc包(或Beacon包)，并且接收邻居节点发送的HeUc包，同时节点维护一张邻居表W记录 邻居节点的位置信息。在传输数据时，节点选择距离目的节点最近的邻居节点进行数据分 组的转发，即贪婪转发模式。贪婪转发模式由于其原理简单，计算复杂度很低，并且生成的 路径接近最优路径等特点，成为地理路由算法中最常用的转发策略。但在实际的传感器网 络中，由于网络部署不均匀，部分传感器节点因故障或能量耗尽而失效，导致网络形成"空 洞"，即局部极值问题。路由空洞是贪婪转发中不可避免的一个问题，解决路由空洞问题的 主要方法是；借助某种非贪婪机制解决局部最优，例如平面图避洞中的周边路由模式、洪泛 避洞、启发式避洞等。其中周边转发利用右手准则绕洞会延长整个路径长度，产生额外的能 耗。洪泛避洞虽然能确保绕行空洞成功，但是能耗较大，浪费网络资源。启发式避洞算法通 过利用网络拓扑信息和空洞位置绕行空洞，但并不能够确保数据传输的可靠性。
[0004] 网络平面化需要将网络在周边转发模式之前进行平面化处理，即将网络通过平面 化算法，形成W节点为顶点、链路为边且边不相交的二维平面图。地理路由协议中常用的平 面图有财IG图和GG图，RNG(Re!ath'eNe%述抵1泌odG巧*)图和GG(&lMle!Graph)图将整个图分成 许多小的互不重叠的有界多边形和一些无界区域，有界区域称为内部面，无界区域称为外 部面。数据分组在边界转发时依次沿着该些面的边界转发，在每个面中，依据右手法则选择 下一条边。德洛内（De!auna》〇S角网由一系列相连的但不重叠的S角形的集合，而且该些S 角形的外接圆不包含该个面域的其他任何点。德洛内=角网的优点是结构良好，数据结构 简单，数据冗余度小，存储效率高，与不规则的地面特征和谐一致，可W表示线性特征和迭 加任意形状的区域边界，易于更新。
[0005] 本发明提出一种基于德洛内S角剖分的空洞绕行地理路由方法，解决了无线传感 器网络数据转发过程中遭遇空洞而引起的通信中断问题。第一，针对空洞绕行造成开销增 大的问题，本方法通过建立黄金楠圆覆盖空洞，在楠圆内执行德洛内=角剖分，去边建权后 依据权值和距离选择下一跳进行转发，使得数据包能够沿着空洞边界进行转发，较大的缩 短了路由长度。第二，针对路由平面化问题，本发明提出基于德洛内=角剖分对网络平面进 行剖分，计算复杂度相对较低。
【发明内容】
[0006] 针对无线传感器网络地理路由协议中遭遇空洞开销过大W及传输不稳定等问题， 本发明提出一种基于德洛内=角剖分的空洞绕行地理路由方法。节点默认W贪婪模式传输 数据包，当传输遭遇空洞时，W当前节点和目的节点为焦点作楠圆。在楠圆内执行德洛内= 角剖分，在完成剖分的楠圆中进行去边操作，W边倾斜角度为依据建立权值，根据边的权值 和距离选取下一跳完成传输，主要有W下步骤： 1) 初始化操作；每个节点维护一张邻居表，并且WAt为周期广播一跳Heiic协议包，节点 发送数据包时，设定默认转发模式为贪婪转发； 2) 节点处理接收的数据；W贪婪模式转发数据包，即在邻居节点中贪婪选取离能量优 化距离最近的节点作为下一跳，并且交付数据包至下一跳，若贪婪转发失败，执行步骤 4); 3) 若当前节点为目的节点则完成数据包的发送过程，否则继续转发数据，执行步骤 2)，； 4) 若当前节点转发遭遇空洞出现局部极值，进入周边转发模式；规划一个合理的楠圆 平面区域，在平面区域内执行德洛内=角剖分，在完成剖分的平面中进行去边操作，W边倾 斜角度为依据建立权值，根据边的权值和长度选取下一跳，并且交付数据包至下一跳，直至 数据包到达目的节点，完成发送过程。
[0007] 本发明优势： 1) W转发失败节点和目的节点为基准建立一个趋向完美的楠圆，在楠圆内执行平面化 算法，剖分复杂度相对较低； 2) 空洞绕行方法中，不W最大距离进行传输，增加少许路由跳数，可提供可靠传输； 3) 空洞绕行方法中，W角度为基准构造边的权值，边的角度越小，转发路径越接近直线 传输，最终使得数据包沿着洞边界转发，较大地缩短通信距离； 4) 平面剖分后，去掉超出能量优化距离W外的边，降低了整个网络能耗。
【附图说明】
[000引图1是本发明路由建立流程图； 图2是本发明贪婪转发场景图； 图3是本发明贪婪转发遭遇空洞场景图； 图4是本发明平面的德洛内S角剖分图； 图5是本发明去边操作图； 图6是本发明路由重建图。
【具体实施方式】
[0009] 1)初始化部署；每个节点周期向邻居节点发送He!时办议包告知自身的坐标位置， 设定At= 10S，并且接受邻居节点发送的Hd!o协议包获取邻居节点坐标位置，设定节点默认 的转发模式为贪婪转发； 2) 在贪婪转发模式下进行数据包传递，各个节点在邻居节点中贪婪选取能量优化距离 = 90m)内的节点作为下一跳，最终生成的转发路径为一条拟直线，参见附图2,源 节点S产生数据包，向目的节点D发送，若节点均为有效节点，最终生成的通信路径如图中黑 色箭头所示； 3) 参考附图3,当某节点贪婪转发数据包失败时，W此失败节点和数据包的目的节点为 焦点作楠圆，设定楠圆的离屯、率规划楠圆大小，根据楠圆的性质得到楠圆的长轴与短轴如 下：
【主权项】
1. 基于德洛内三角剖分的空洞绕行地理路由方法，其特征在于转发节点的选择，所述 方法至少包括以下步骤： 1) 初始化操作：每个节点维护一张邻居表，并且以 At为周期广播一跳Helk协议包，节点发送数据包时，设定默认转发模式为贪婪转发； 2) 节点处理接收的数据：以贪婪模式转发数据包，即在邻居节点中贪婪选取离能量优 化距离《<^最近的节点作为下一跳，并且交付数据包至下一跳，若贪婪转发失败，执行步骤 4)； 3) 判断当前节点是否为目的节点，若是则完成数据包的发送过程，否则继续转发数据， 执行步骤2); 4) 若当前节点转发遭遇空洞出现局部极值，进入周边转发模式：规划一个合理的椭圆 平面区域，在平面区域内执行德洛内三角剖分，在完成剖分的平面中进行去边操作，以边倾 斜角度为依据建立权值，根据边的权值和长度选取下一跳，并且交付数据包至下一跳，直至 数据包到达目的节点，完成发送过程。
2. 根据权利要求1所述的基于德洛内三角剖分的空洞绕行地理路由方法，其特征在于 初始前提条件，所述方法至少还包括： 1) 在地理路由中，每个节点通过GPS或者节点定位技术获取自己当前的地理位置信息； 2) 整个网络每个节点以At为周期广播HeUe协议包，各节点通过该协议包交换各自的位 置信息； 3) 每个节点保存一张邻居表，记录邻居节点的位置信息； 4) 设定节点默认转发模式为贪婪转发，即在邻居节点中贪婪选取离能量优化距离 最近的节点作为下一跳，并且交付数据包至下一跳。
3. 根据权利要求1所述的基于德洛内三角剖分的空洞绕行地理路由方法，其特征在于 平面区域的建立和平面的三角剖分，所述方法至少还包括： 1) 当某节点贪婪转发数据包失败时，建立平面区域，平面区域为椭圆所在的二维平 面； 2) 建立椭圆区域：以失败节点和数据包的目的节点为焦点作椭圆，得到椭圆的长轴与 短轴如下：
其中：椭圆的离心率为《，焦距为2c; 3) 以椭圆为剖分区域，利用区域内节点（不包括已经死亡的空洞节点）对区域进行德洛 内三角剖分。
4. 根据权利要求1所述的基于德洛内三角剖分的空洞绕行地理路由方法，其特征在 于德洛内三角剖分后的去边操作，所述方法至少还包括： 1)在完成三角剖分之后，去除距离大于节点通信范围的边； 2)根据网络能耗消耗特征，提取出能量优化的传输距离，去除三角形中距离大于 ^的边，若除去这些边后造成传输不成功，则恢复这些边。
5. 根据权利要求1所述的基于德洛内三角剖分的空洞绕行地理路由方法，其特征在于 构造平面区域内边的权值和选取下一跳转发节点，所述方法至少还包括： 1) 建立当前节点所关联的边与两焦点所在的边的角度，计算方法如下：
其中：S代表当前节点，A为其邻接节点，贏当前节点与其邻接节点连线所在的向量，@ 为椭圆焦点连线所在的向量(指定为前进方向），《为与之间的角度； 2) 划分角度区间构造平面内边的权值：根据1)中得到的《，以30=为区间进行角度划分， 构造结果如下：
其中为边的权值，a为边与焦点连线之间的角度； 3) 下一跳的选取：当前节点在选择下一跳节点时，选择权值较小的边所对应的节点作 为下一跳，若出现权值相同的边则对边长进行比较，选择边长最长的边所对应的节点作为 下一跳。
6. 根据权利要求1所述的基于德洛内三角剖分的空洞绕行地理路由方法，其特征在于 动态设定椭圆离心率和修改去边操作，所述方法至少还包括： 1) 根据传输情况调整椭圆得到离心率，若后续传输不成功，则减小离心率以增大椭圆 覆盖范围，重新进行德洛内三角剖分； 2) 剖分后只去除三角形中超出通信范围以外的边，保留三角形中距离大于的边。
【专利摘要】本发明提出一种基于德洛内三角剖分的空洞绕行地理路由方法。该方法主要用来解决现有地理路由贪婪转发时遭遇空洞问题，提高绕行路由空洞效率。基本步骤为：1）每个节点维护一张邻居表且以 为周期广播一跳Hello协议包，设定节点默认转发数据模式为贪婪转发；2）节点处理接收的数据：以贪婪模式转发数据包，若贪婪转发失败，则转步骤4）；3）判断数据包是否到达目的节点，若是则完成发送，否则返回步骤2）继续转发数据；4）若当前节点转发遭遇空洞出现局部极值，进入周边转发模式选取下一跳，直至数据包到达目的节点。
【IPC分类】H04W40-24, H04W84-18, H04W40-04
【公开号】CN104703245
【申请号】CN201510153661
【发明人】李哲涛, 欧阳经纶, 裴廷睿, 关屋大雄, 崔荣埈
【申请人】湘潭大学
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2015年4月2日