[发明专利]一种基于位置信息的无线传感器网络动态拓扑控制方法

说明书

技术领域

本发明属于无线网络协议技术领域，具体涉及一种无线传感器网络中基于位置信息的动态拓扑控制方法。该方法主要用于无线传感器网络中节点承担任务的均衡，以达到全网能量均衡的目的。

背景技术

近年来无线传感器网络从得到理论和工业界的广泛关注以来得到了迅猛的发展，各种关于传感器网络的新技术也备受重视。

目前无线传感器网络由于受到成本和体积等因素的限制，传感器节点的处理能力、无线带宽和电池容量都很有限。无线传感器节点的能量在多数的情况下无法得到补充，因此尽可能的延长无线传感器网络的工作寿命成为无线传感器网络设计中的关键问题之一。为了提高无线传感器网络的寿命，网络中每个节点的能量均衡问题已成为研究的重点问题。节点分簇方法被学术及工业界普遍认为是提高能量有效性的可行方法。节点分簇具有拓扑管理方便、能量利用高效、数据融合简单等优点。

传感器网络由传感器节点和sink节点组成，传感器节点负责数据的收集和传输，sink节点是数据汇集节点，负责汇总网络中传感器节点发来的数据，同时也是整个网络的控制节点，对网络中其他传感器节点进行管理。

GAF(Geographic adaptive fidelity地域自适应保真)算法是一种基于地理位置的拓扑控制方法。GAF假设节点密集分布，在这些节点密集分布的区域内维持少数节点激活，完成路由中继转发，大多数节点休眠。

GAF工作方式如下：首先，假设每个节点都具有自己相对于其他节点的确切位置信息，这个位置信息可以通过GPS或其它的定位方式获得。把网络按地理位置分成虚拟的小网格，网格中的节点轮流充当簇头，使每个节点所承担的传输任务较为均衡，以达到网格内能量均衡的目的。为了让两个相邻网格中的活动节点处于网格中的任何位置都能相互通信，这里给出了确定网格边长r的方法，满足r≤R5,]]>其中R是节点的传输半径。按照这种方法，整个传感器网络被虚拟的分割成半径为r的网格。

另外，协议为每个节点设置一个状态标识，始终处于三个状态中的一种：睡眠状态、活动状态、探测状态。节点初始化时进入探测状态，并在Td时间后与同一个网格中的其它节点交换探测消息(其中包括了节点相关的信息)，并进入活动状态。如果在Td时间段内节点收到网格内其他节点发来的探测消息则进入休眠状态。当节点进入休眠状态后，节点关闭无线收发部分的电源，不接收任何网络包，经过Ts后重新进入探测状态，与其它节点共同竞争后决定是否进入活动状态。当节点在活动状态时承担数据转发任务，经过Ta时间后重新进入探测状态。

在使用GAF算法的网络中，节点的寿命得到了有效的延长，因为一个网格中只有一个节点处于活动状态，其它节点都可以休眠来节省能量。另外，GAF根据节点剩余能量来调整节点处于活动状态的时间和由探测状态转为活动状态的优先级，使剩余能量较多的节点更多的处于活动状态，使网格中的每个节点能量均衡。

但是GAF算法存在一个重要的缺陷：每个节点始终位于一个固定的网格里，每个网格中的节点也比较固定。这样全网的节点的能量均衡性就无法保证，因为处在节点少的网格中的节点承担的传输数据的任务较重，而一个网格中有较多的节点可以相互分担传输任务，则承担的数据传输任务较轻，节点可以由更长的休眠时间。任务的不均衡性导致了全网能量分配的不均衡。

发明内容

本发明是针对上述GAF算法的缺点，在其基础上做了进一步的改进，提出了一种更有利于全网节点能量均衡的无线传感器网络中基于位置信息的动态拓扑控制方法。

本发明的技术方案是：在GAF无线网络拓扑控制算法中，加入周期性改变原点位置机制来改变网格中节点的数量以及全网拓扑，从而达到全网节点能耗均衡。

本发明用于无线传感器网络中，可以实现全网能量均衡的效果。

附图说明

图1是一个使用GAF拓扑控制方案的例子图。

图2是虚拟网格的移动图。

图3是原点移动轨迹的一个例子图。