基于冗余節(jié)點(diǎn)融合的能量平衡多軌道移動(dòng)數(shù)據(jù)收集方法
【專利摘要】基于冗余節(jié)點(diǎn)融合的能量平衡多軌道移動(dòng)數(shù)據(jù)收集方法，涉及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)數(shù)據(jù)收集方法，首先建立分扇的多層網(wǎng)絡(luò)模型，然后基于移動(dòng)數(shù)據(jù)收集裝置完成一次數(shù)據(jù)收集后，監(jiān)測區(qū)域內(nèi)各環(huán)任意節(jié)點(diǎn)能耗相同的能量平衡最優(yōu)目標(biāo)，得到移動(dòng)數(shù)據(jù)收集裝置的運(yùn)行路徑，進(jìn)一步通過對移動(dòng)數(shù)據(jù)收集過程中網(wǎng)絡(luò)內(nèi)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行冗余融合控制，使得在實(shí)現(xiàn)能量平衡的同時(shí)，提高了網(wǎng)絡(luò)的壽命，更進(jìn)一步降低了網(wǎng)絡(luò)的能耗。
【專利說明】基于冗余節(jié)點(diǎn)融合的能量平衡多軌道移動(dòng)數(shù)據(jù)收集方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)數(shù)據(jù)收集方法，具體涉及一種基于冗余節(jié)點(diǎn)融合 的能量平衡多軌道移動(dòng)數(shù)據(jù)收集方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 靜態(tài)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)被隨機(jī)的部署在監(jiān)測區(qū)域，受限于節(jié)點(diǎn)的通信半徑， 傳感器節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)通常以一跳或者多跳的方式發(fā)送至靜態(tài)的sink節(jié)點(diǎn)或者基站。這 就造成了網(wǎng)絡(luò)能耗不平衡的問題，sink附近的點(diǎn)由于過高的數(shù)據(jù)中繼而很快的耗盡能量， 造成能量空洞導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)壞死。
[0003] 與靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)不同，近些年一些基于移動(dòng)元素的方案頻頻被提出，其核心思想是，使 用移動(dòng)數(shù)據(jù)收集裝置在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)部或者外圍游動(dòng)，以此來收集數(shù)據(jù)。研究表明，在無線傳 感器網(wǎng)絡(luò)中引入移動(dòng)元素可以顯著提高數(shù)據(jù)收集效率。隨機(jī)移動(dòng)的數(shù)據(jù)收集裝置難以保證 網(wǎng)絡(luò)的連通性，也帶來了新的傳感器節(jié)點(diǎn)能耗不平衡問題。因此可控的移動(dòng)數(shù)據(jù)收集應(yīng)運(yùn) 而生，采用特定的方法規(guī)劃數(shù)據(jù)收集裝置的運(yùn)行軌跡來解決網(wǎng)絡(luò)的各方面問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提供一種冗余節(jié)點(diǎn)融合的能量平衡多軌道移動(dòng)數(shù)據(jù)收集方法，目的在于通 過對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中冗余節(jié)點(diǎn)進(jìn)行融合以提供網(wǎng)絡(luò)的壽命，并進(jìn)一步降低網(wǎng)絡(luò)能耗。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利的發(fā)明人基于可控思想設(shè)計(jì)了一種基于移動(dòng)數(shù)據(jù)收集裝 置的能量平衡的多軌道無線傳感器網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)數(shù)據(jù)收集方法，既保證了移動(dòng)數(shù)據(jù)收集裝置的 受控性，也實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)能耗的均衡性。在此收集方法的基礎(chǔ)上，本專利發(fā)明人進(jìn)一 步對上述方法中網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行冗余融合，得到了一種冗余節(jié)點(diǎn)融合的能量平衡 多軌道移動(dòng)數(shù)據(jù)收集方法，從而提高了網(wǎng)絡(luò)的壽命，也更進(jìn)一步降低了網(wǎng)絡(luò)能耗。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案為：基于冗余節(jié)點(diǎn)融合的能量平衡多軌道移動(dòng)數(shù)據(jù)收集方法 為： (1 )、建立分扇的多層網(wǎng)絡(luò)模型 以正m邊形為二維監(jiān)測區(qū)域，監(jiān)測區(qū)域依照節(jié)點(diǎn)通信半徑r被劃分為/7環(huán)，離監(jiān)測區(qū)域 中心最近的環(huán)為環(huán)，每環(huán)的寬度為辦，監(jiān)測區(qū)域以正m邊形的中心為頂點(diǎn)被平均分成m 個(gè)扇區(qū)，傳感器節(jié)點(diǎn)被隨機(jī)均勻部署在整個(gè)監(jiān)測區(qū)域中； (2)、移動(dòng)數(shù)據(jù)收集裝置MS按照I1T￡S = )的運(yùn)行路徑在監(jiān)測區(qū)域的各 個(gè)環(huán)中進(jìn)行數(shù)據(jù)收集；其中，&為MS在環(huán)^內(nèi)運(yùn)行的圈數(shù)； 所述= (·υν~:，…X:)通過如下步驟猶得： ① 、建立能量平衡函數(shù)

【權(quán)利要求】
1.基于冗余節(jié)點(diǎn)融合的能量平衡多軌道移動(dòng)數(shù)據(jù)收集方法，其特征在于： (1 )、建立分扇的多層網(wǎng)絡(luò)模型 以正m邊形為二維監(jiān)測區(qū)域，監(jiān)測區(qū)域依照節(jié)點(diǎn)通信半徑r被劃分為/7環(huán)，離監(jiān)測區(qū)域 中心最近的環(huán)為》i環(huán)，每環(huán)的寬度為辦，監(jiān)測區(qū)域以正m邊形的中心為頂點(diǎn)被平均分成m 個(gè)扇區(qū)，傳感器節(jié)點(diǎn)被隨機(jī)均勻部署在整個(gè)監(jiān)測區(qū)域中； (2) 、移動(dòng)數(shù)據(jù)收集裝置MS按照= -X:)的運(yùn)行路徑在監(jiān)測區(qū)域的各 個(gè)環(huán)中進(jìn)行數(shù)據(jù)收集；其中，&為MS在環(huán)內(nèi)運(yùn)行的圈數(shù)； 所述2kg =(XR:.T,^yX:)通過如下步驟獲得： ① 、建立能量平衡函數(shù)
，式中，N代表監(jiān) 測區(qū)域內(nèi)節(jié)點(diǎn)的總個(gè)數(shù)，代表MS按照= 的運(yùn)行路徑完成一個(gè) 數(shù)據(jù)收集周期后，位于環(huán)G內(nèi)單位節(jié)點(diǎn)的總能耗；其中，

，式中，\為MS在環(huán)&內(nèi)運(yùn)行的圈數(shù)，％為MS在環(huán)&內(nèi)運(yùn)行一周，環(huán)內(nèi)節(jié)點(diǎn)的平均能 耗； ② 、在滿足能量平衡最優(yōu)值 的情況下，由
通過線性規(guī)劃得到MS每環(huán)運(yùn)行圈數(shù)χ:, χ:.· · · 的最優(yōu)
③ 、當(dāng)步驟②得到的Λ?:的解為非整數(shù)值時(shí)，取最接近χ:的整數(shù)值作為MS在 各環(huán)內(nèi)運(yùn)行的圈數(shù)，從而得到能量平衡的MS的運(yùn)行路徑31TS. = ; (3) 、MS按照2：5:JT5. = (Χ·ΧΚ七….Τ:)的運(yùn)行路徑在監(jiān)測區(qū)域的各個(gè)環(huán)中進(jìn)行數(shù)據(jù)收 集的過程中，按照下述方法對監(jiān)測區(qū)域內(nèi)各節(jié)點(diǎn)進(jìn)行控制： ①、確定監(jiān)測基數(shù)Φ,監(jiān)測基數(shù)為達(dá)到用戶需要或者覆蓋需要的最小節(jié)點(diǎn)數(shù)，當(dāng)節(jié)點(diǎn) 數(shù)目大于監(jiān)測基數(shù)Φ時(shí)判定為冗余，冗余倍數(shù)為節(jié)點(diǎn)數(shù)目與監(jiān)測基數(shù)Φ的比值； ② 、根據(jù)冗余倍數(shù)Wg計(jì)算出監(jiān)測區(qū)域內(nèi)當(dāng)前扇區(qū)各環(huán)的節(jié)點(diǎn)數(shù)目為
，其中，為/扇區(qū)第/環(huán)的節(jié)點(diǎn)數(shù)目； ③ 、將監(jiān)測區(qū)域內(nèi)/扇區(qū)第/環(huán)這一分層均勻劃分為2/-1_個(gè)網(wǎng)格，劃分方法為：將/ 扇區(qū)第/環(huán)所在的梯形區(qū)域的上、下兩底分別均分為2/-H分，然后連接上、下兩底的均分 點(diǎn)，即成為網(wǎng)格； ④ 、在每個(gè)網(wǎng)格內(nèi)的X Φ J:個(gè)節(jié)點(diǎn)中，按照I? = 1的概率選取格頭節(jié)點(diǎn)作為 通信節(jié)點(diǎn)，其他節(jié)點(diǎn)睡眠；選取方法為：每個(gè)網(wǎng)格內(nèi)的節(jié)點(diǎn)隨機(jī)產(chǎn)生0-1之間的值，并與閾 值比較，如果生成值小于閾值則被選中為格頭節(jié)點(diǎn)，格頭節(jié)點(diǎn)隨后向網(wǎng)格內(nèi)的其他節(jié) 點(diǎn)廣播選中消息，其他節(jié)點(diǎn)接到消息后進(jìn)入睡眠狀態(tài)，網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測任務(wù)由格頭節(jié)點(diǎn)執(zhí)行，當(dāng) 選過格頭的節(jié)點(diǎn)不再被選中，直到所有節(jié)點(diǎn)都當(dāng)選過格頭節(jié)點(diǎn)后，進(jìn)入下一輪選?。? 所述閾值
，式中，左為OH ? 之間的整數(shù)， 即為輪數(shù)，^為當(dāng)選過格頭節(jié)點(diǎn)的集合。
【文檔編號】H04W52/02GK104053221SQ201410240549
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年6月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月3日
【發(fā)明者】鄭國強(qiáng), 李濟(jì)順, 祁志娟, 付磊, 孫亞茹, 冀保峰, 馬華紅, 亢丙午, 吳景艷, 徐素莉 申請人:河南科技大學(xué)