基于地理位置的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議

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1、基于地理位置的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議RoutingAlgorithmsBasedonLocationInformationforWirelessSensorNetwork鄭鍇,童利標(biāo),陸文駿摘要：基于地理位置的路由協(xié)議是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議研究的一個(gè)重要方向。利用位置信息指導(dǎo)路由的發(fā)現(xiàn)、維護(hù)和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，能夠優(yōu)化路徑選擇，減少路由能耗，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的全局優(yōu)化。從限制洪泛機(jī)制、虛擬分區(qū)機(jī)制、最優(yōu)路由確認(rèn)機(jī)制3個(gè)方面，可以看出地理位置信息在路由協(xié)議中的重要性。關(guān)鍵詞：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；路由協(xié)議；地理位置；虛擬分區(qū)Abstract:Ro

2、utingalgorithmsbasedongeographicallocationinformationisanimportantresearchsubjectinthewirelesssensornetwork.Theroutingalgorithmsbasedongeographicallocationinformationcanconfirmthebestrouting,reducetheenergyconsumption,andoptimizethewholenetwork.Throughthreeaspectsi

3、nvolvingthefloodingrestrictionscheme,thevirtualareapartitionschemeandthebestroutingchoicescheme,theimportanceoflocationinformationisseenintheroutingalgorithm.Keywords:wirelesssensornetwork;routingalgorithm;locationinformation;virtualareapartition????無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)是將大

4、量的具有通信與計(jì)算能力的微小傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)置在無人值守的監(jiān)控區(qū)域，構(gòu)成的智能自治測(cè)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。在WSN的實(shí)際應(yīng)用中，尤其是軍事應(yīng)用中，往往需要實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器節(jié)點(diǎn)的定位，獲取監(jiān)控區(qū)域的地理位置信息，因此，位置信息也很自然地被考慮到WSN路由協(xié)議的設(shè)計(jì)中。基于地理位置的路由協(xié)議是當(dāng)前路由協(xié)議研究的一個(gè)重要方向，受到了廣泛關(guān)注。???基于地理位置的路由協(xié)議利用位置信息指導(dǎo)路由的發(fā)現(xiàn)、維護(hù)和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，能夠?qū)崿F(xiàn)信息的定向傳輸，避免信息在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的洪泛，減少路由協(xié)議的控制開銷，優(yōu)化路徑選擇，通過利用節(jié)點(diǎn)位置信息構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，易于進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)管

5、理，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的全局優(yōu)化。???國(guó)內(nèi)外的學(xué)者針對(duì)不同的應(yīng)用背景已經(jīng)提出了多種基于地理位置的路由協(xié)議，如何充分地利用地理信息來實(shí)現(xiàn)高效的路由是研究的重點(diǎn)。本文將具體分析地理信息在路由協(xié)議中的應(yīng)用，分別從限制洪泛機(jī)制、虛擬分區(qū)機(jī)制、最優(yōu)路由確認(rèn)機(jī)制等3個(gè)方面進(jìn)行分析。1基于位置信息的限制洪泛機(jī)制???傳統(tǒng)的Flooding洪泛路由協(xié)議具有簡(jiǎn)單性和魯棒性的優(yōu)點(diǎn)[1]，許多路由協(xié)議的設(shè)計(jì)中都采用了洪泛路由的思想，然而洪泛路由存在著信息重疊和信息“內(nèi)爆”現(xiàn)象，造成了大量的信息冗余和盲目的資源浪費(fèi)。利用距離、方位等地理信息來指導(dǎo)和限制路由

6、洪泛，界定洪泛路由搜索區(qū)域，能夠大大提高路由搜索的方向性和有效性。當(dāng)在路由受限區(qū)域內(nèi)沒有合適的路徑時(shí)，可以自適應(yīng)地對(duì)洪泛區(qū)域進(jìn)行調(diào)整，或采用傳統(tǒng)洪泛的方法繼續(xù)進(jìn)行路由搜索。受限洪泛區(qū)域主要有距離受限域、角度受限域和矩形受限域等形式。1.1距離洪泛受限域目的區(qū)域的位置不確定時(shí)，可以構(gòu)建一種簡(jiǎn)單的距離限制域：路由搜索信息向距離信息發(fā)送節(jié)點(diǎn)更遠(yuǎn)的方向進(jìn)行洪泛，只有距離信息發(fā)送節(jié)點(diǎn)更遠(yuǎn)的節(jié)點(diǎn)收到數(shù)據(jù)包時(shí)才進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，通過這種方式能夠減少信息的冗余。目的區(qū)域的位置能夠確定時(shí)，可以由距離目的區(qū)域更近的節(jié)點(diǎn)所在的區(qū)域來構(gòu)成路由請(qǐng)求區(qū)域。如位

7、置輔助路由(LAR)協(xié)議中確定路由請(qǐng)求區(qū)域的其中一種方案，便采用了這種思想[2]。1.2角度洪泛受限域???角度限制域是根據(jù)某一個(gè)角度而確定的受限域，也就是說，位于一定的角度范圍內(nèi)的中間節(jié)點(diǎn)才能作為路由洪泛的中繼轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)。限制角度的選取有多種方法，圖1、圖2和圖3分別示意了3種角度選取方法。????圖1中所確定的角度受限域由兩條相交的射線OM和OP所構(gòu)成[3]，以源節(jié)點(diǎn)S和目的節(jié)點(diǎn)D為圓心、以RS和RD為半徑構(gòu)造了兩個(gè)界限圓，不妨假設(shè)RS>RD，可以得出兩圓的公切線以及它們的交點(diǎn)O，易于算出限制角∠SOM的度數(shù)。RS和RD的

8、大小根據(jù)具體應(yīng)用進(jìn)行設(shè)定。???圖2中所確定的限制角度是變化的，而不是固定不變。S點(diǎn)為源節(jié)點(diǎn)，D點(diǎn)為目的節(jié)點(diǎn)，X為一個(gè)中轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)。X所轉(zhuǎn)發(fā)的路由請(qǐng)求包中包含限制角∠DXM，可以根據(jù)式(1)計(jì)算：?????????????????收到X轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)包的節(jié)點(diǎn)J和K分別計(jì)算∠DXJ和∠DXK，并與∠