基于興趣和地址組合的無線傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)查詢算法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于興趣和地址組合的無線傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)查詢算法，定義匯集節(jié)點在詢問它所關注的監(jiān)測數(shù)據(jù)時廣播的以屬性組合構成的消息為“興趣”。首先按照靜態(tài)博弈模型分配MAC地址，每個傳感器節(jié)點都建立一張興趣表，記錄每個興趣的范圍。當一個傳感器節(jié)點接收到廣播興趣時，同時接收到上跳的地址，并根據(jù)興趣表判斷其后的傳感器節(jié)點是否發(fā)生該興趣，只有在其后的傳感器節(jié)點發(fā)生該興趣的情況下，繼續(xù)路由興趣，否則停止路由興趣。本發(fā)明有效地減少了網(wǎng)絡中無效的查詢命令的傳遞，節(jié)約了網(wǎng)絡網(wǎng)絡能耗，延長了網(wǎng)絡的生命周期，可廣泛應用于無線傳感器網(wǎng)絡。
【專利說明】基于興趣和地址組合的無線傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)查詢算法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及基于興趣和地址組合的無線傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)查詢算法，屬于電子測控領域。
【背景技術】
[0002]無線傳感器網(wǎng)絡以數(shù)據(jù)為中心，數(shù)據(jù)查詢作為銜接觀察者與感知對象的橋梁，是為無線傳感器網(wǎng)絡提供數(shù)據(jù)服務的基本方式，也是無線傳感器網(wǎng)絡的主要任務。功耗是無線傳感器網(wǎng)絡的重要因素，也是數(shù)據(jù)查詢算法研究的重點考慮問題。無線傳感器網(wǎng)絡監(jiān)測的對象具有不確定性和突發(fā)性，管理節(jié)點會發(fā)出不同的“興趣”查詢，研究高效的數(shù)據(jù)查詢算法，可減少無效的信息廣播，提高數(shù)據(jù)的查詢效率，節(jié)省網(wǎng)絡的通信能耗，延長傳感器節(jié)點的生命周期，進而延長整個網(wǎng)絡的生命周期。
[0003]目前，國內(nèi)外文獻提出了一些數(shù)據(jù)查詢算法，比較典型的算法有Flooding算法、Gossiping算法，梳-針查詢算法、基于查詢樹的查詢算法等。這些算法在進行數(shù)據(jù)查詢時，興趣在全網(wǎng)范圍內(nèi)沿傳感器節(jié)點逐跳向下廣播，當傳遞到發(fā)生該興趣的傳感器節(jié)點時，此目的傳感器節(jié)點立即將包含該興趣的信息上傳給管理節(jié)點。在興趣的傳遞過程中，帶有一定的盲目性，非目的節(jié)點在進行路由興趣時，其后的傳感器節(jié)點可能無查詢的興趣發(fā)生，這樣就造成能量的無效開銷，產(chǎn)生不必要的，縮短了網(wǎng)絡的生命周期。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]為了解決上述【背景技術】存在的技術問題，本發(fā)明旨在提供基于興趣和地址組合的無線傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)查詢算法，解決了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)查詢算法中對管理節(jié)點發(fā)出的查詢命令在全網(wǎng)盲目傳遞的問題。
[0005]為了實現(xiàn)上述的技術目的，本發(fā)明的技術方案是:
[0006]基于興趣和地址組合的無線傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)查詢算法，包括以下步驟:
[0007]第一步:興趣命令的下行廣播:匯聚節(jié)點和每個傳感器節(jié)點都建立一張興趣表，記錄興趣命令下行路由的范圍，供查詢使用；傳感器節(jié)點接收到興趣命令后查詢興趣表，若興趣命令在興趣表相應項的范圍內(nèi)，則將該興趣命令向下層節(jié)點廣播，直到找到滿足興趣命令的目的傳感器節(jié)點為止；
[0008]第二步:上行數(shù)據(jù)的路由:目的傳感器節(jié)點沿著下行廣播路由路徑逆向上傳監(jiān)測參數(shù)值，直至傳至管理節(jié)點。
[0009]其中，上述第一步包括以下步驟:
[0010]1、無線傳感器網(wǎng)絡第一次啟動時，進行MAC地址編碼，再按照靜態(tài)博弈模型分配MAC地址，每個節(jié)點都被賦予一個原始興趣表；
[0011]2、管理節(jié)點發(fā)出原始興趣命令后，匯聚節(jié)點接收到該命令后查找興趣表，若興趣命令在興趣表相應項的范圍內(nèi)，則將本身的MAC地址加入到原始的興趣命令，若興趣命令在興趣表相應項的范圍外，則產(chǎn)生新的興趣命令并向下廣播；[0012]3、中間的傳感器節(jié)點接收到興趣命令后查找興趣表，若興趣命令在興趣表相應項的范圍內(nèi)，則在保存上一跳MAC地址的同時，將上一跳的MAC地址換成本身的MAC地址，然后接著向下廣播，直到找到滿足興趣命令的目的傳感器節(jié)點為止。
[0013]其中，上述第二步包括以下步驟:
[0014]1:當興趣命令傳遞到目的傳感器節(jié)點后，目的傳感器節(jié)點沿著廣播路由路徑逆向上傳監(jiān)測參數(shù)值；存儲有廣播路徑的中間節(jié)點可按一定的規(guī)則被喚醒，其余傳感器節(jié)點處于休眠狀態(tài)；
[0015]2:數(shù)據(jù)上傳時，下層的路由傳感器節(jié)點根據(jù)記錄的的MAC地址喚醒上層的路由傳感器節(jié)點，并將監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)送給該上層的路由傳感器節(jié)點；
[0016]3:上層的路由傳感器節(jié)點收到數(shù)據(jù)后，查找興趣表，并將此數(shù)據(jù)與興趣表中相應興趣的范圍進行比較，若此數(shù)據(jù)不在所記錄的興趣范圍內(nèi)，則修改興趣表中該興趣的范圍，然后依次上傳路由，直到傳送到管理節(jié)點。
[0017]其中，上述MAC地址編碼的算法包括以下步驟:
[0018]1、根據(jù)預測網(wǎng)絡部署密度進行MAC
[0019]地址分配并網(wǎng)絡仿真，得到單播地址及地址選擇頻率；
[0020]2、將單播地址按照地址選擇頻率降序排列；
[0021]3、設中間地址j的選擇頻率為P (j)，對地址選擇頻率大于P (j)的所有地址首位設為0，后續(xù)位采用哈夫曼編碼，地址選擇頻率小于P (j)的所有地址首位設為1，后續(xù)位采用定長;
[0022]4、計算中間地址j對應的編碼性能參數(shù)；
[0023]5、選擇不同中間地址重復第三步、第四步，比較編碼性能參數(shù)確定最優(yōu)混合地址編碼，中間地址j確定了兩種地址編碼的比例。
[0024]其中，上述靜態(tài)博弈模型分配MAC地址的算法包括以下步驟:
[0025]1、定義合理地址資源的最大長度為Lmaju，傳感器節(jié)點個數(shù)為m，
【權利要求】
1.基于興趣和地址組合的無線傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)查詢算法，其特征在于，包括以下步驟: 第一步:興趣命令的下行廣播:匯聚節(jié)點和每個傳感器節(jié)點都建立一張興趣表，記錄興趣命令下行路由的范圍，供查詢使用；傳感器節(jié)點接收到興趣命令后查詢興趣表，若興趣命令在興趣表相應項的范圍內(nèi)，則將該興趣命令向下層節(jié)點廣播，直到找到滿足興趣命令的目的傳感器節(jié)點為止； 第二步:上行數(shù)據(jù)的路由:目的傳感器節(jié)點沿著下行廣播路由路徑逆向上傳監(jiān)測參數(shù)值，直至傳至管理節(jié)點。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于興趣和地址組合的無線傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)查詢算法，其特征在于，所述第一步包括以下步驟: 第2.1步:無線傳感器網(wǎng)絡第一次啟動時，進行MAC地址編碼，再按照靜態(tài)博弈模型分配MAC地址，每個節(jié)點都被賦予一個原始興趣表； 第2.2步:管理節(jié)點發(fā)出原始興趣命令后，匯聚節(jié)點接收到該命令后查找興趣表，若興趣命令在興趣表相應項的范圍內(nèi)，則將本身的MAC地址加入到原始的興趣命令，若興趣命令在興趣表相應項的范圍外，則產(chǎn)生新的興趣命令并向下廣播； 弟2.3步:中間的傳感器節(jié)點接收到興趣命令后查找興趣表，若興趣命令在興趣表相應項的范圍內(nèi)，則在保存上一跳MAC地址的同時，將上一跳的MAC地址換成本身的MAC地址，然后接著向下廣播，直到找到滿足興趣命令的目的傳感器節(jié)點為止。
3.根據(jù)權利要求2所述的基于興趣和地址組合的無線傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)查詢算法，其特征在于，所述第二步包括以下步驟:· 第3.1步:當興趣命令傳遞到目的傳感器節(jié)點后，目的傳感器節(jié)點沿著廣播路由路徑逆向上傳監(jiān)測參數(shù)值；存儲有廣播路徑的中間節(jié)點可按一定的規(guī)則被喚醒，其余傳感器節(jié)點處于休眠狀態(tài)； 第3.2步:數(shù)據(jù)上傳時，下層的路由傳感器節(jié)點根據(jù)記錄的的MAC地址喚醒上層的路由傳感器節(jié)點，并將監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)送給該上層的路由傳感器節(jié)點； 第3.3步:上層的路由傳感器節(jié)點收到數(shù)據(jù)后，查找興趣表，并將此數(shù)據(jù)與興趣表中相應興趣的范圍進行比較，若此數(shù)據(jù)不在所記錄的興趣范圍內(nèi)，則修改興趣表中該興趣的范圍，然后依次上傳路由，直到傳送到管理節(jié)點。
4.根據(jù)權利要求2所述的基于興趣和地址組合的無線傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)查詢算法，其特征在于:所述MAC地址的編碼算法包括以下步驟: 第4.1步:根據(jù)預測網(wǎng)絡部署密度進行MAC 地址分配并網(wǎng)絡仿真，得到單播地址及地址選擇頻率； 第4.2步:將單播地址按照地址選擇頻率降序排列； 第4.3步:設中間地址j的選擇頻率為P (j)，對地址選擇頻率大于P (j)的所有地址首位設為O，后續(xù)位采用哈夫曼編碼，地址選擇頻率小于P (j)的所有地址首位設為1，后續(xù)位采用定長； 第4.4步:計算中間地址j對應的編碼性能參數(shù)； 第4.5步:選擇不同中間地址重復第三步、第四步，比較編碼性能參數(shù)確定最優(yōu)混合地址編碼，中間地址j確定了兩種地址編碼的比例。
5.根據(jù)權利要求2至4中任意一項所述的基于興趣和地址組合的無線傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)查詢算法，其特征在于:所述靜態(tài)博弈模型分配MAC地址的算法包括以下步驟: 第5.1步:定義合理地址資源的最大長度為Lmaju,傳感器節(jié)點個數(shù)為m，
【文檔編號】H04W40/02GK103716783SQ201310676912
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年12月12日 優(yōu)先權日:2013年12月12日
【發(fā)明者】嚴錫君, 卜旸, 嚴妍, 郁麟玉, 趙光辰, 孫桐, 王玲玲, 孟祥薇 申請人:河海大學