[发明专利]WSN中基于SDMA的数据采集动态拓扑控制方法

说明书

技术领域

本发明属于无线传感网通信技术领域，涉及一种数据采集拓扑方法，具体涉及一种WSN中基于SDMA的数据采集动态拓扑控制方法。

背景技术

无线传感器网络(Wireless Sensor Network，WSN)是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中被感知对象的信息，并发送给观察者。传感器、感知对象和观察者构成了无线传感器网络的三个要素。无线传感器网对移动性的支持一直是一个研究热点。按照移动点的数目不同，移动性可分为：1)节点全移动：这个有些类似于Adhoc网络，但此处的移动仅是为了满足传感网中的某些目标，网络最终要趋向静止状态，所以与Adhoc网有很大的不同，一个合适的例子是：全移动网络场景下，移动节点的布设需满足覆盖率和连通度要求；2)部分节点移动：数目大于1的节点根据网络的设计目标进行移动，如移动节点辅助提高网络的覆盖率和连通性、传感器节点的二次重布设等；3)单节点移动：单节点根据特定的任务目标在网络中移动，如移动节点辅助网络中其他节点的自定位、无线传感器网络对移动节点的导航辅助、移动Sink自适应拓扑数据采集等。

对于存在移动节点的网络拓扑，移动性与网络拓扑的关系可以归结成拓扑决定移动、移动决定拓扑这两类情形。

1)拓扑决定移动：这种情况下，往往对应集中式的拓扑构建方式，事先构建的拓扑是最终获得的局部拓扑的集合。拓扑构建的过程中，就需要对移动Sink的移动路径进行规划，明确移动Sink在各个时间点的位置，及在该位置上对应的局部拓扑。

2)移动决定拓扑：这种情况下，往往对应的是突发情形的拓扑构建。此时的网络应用是事件驱动型的网络，或是完全随机型的网络。局部拓扑的构建应该是由移动Sink随机发起，移动Sink利用组建的网络完成目标点跟踪或是数据采集等任务。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种WSN中基于SDMA的数据采集动态拓扑控制方法，该方法可以均衡网络能耗，提高网络寿命。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种WSN中基于SDMA的数据采集动态拓扑控制方法。

一种WSN中基于SDMA的数据采集动态拓扑控制方法，包括：

步骤一：网络初始化阶段，移动Sink到网络中预设的数据上载点进行信道测试，确定网络中具有兼容关系的传感器节点对，称为兼容节点对；

步骤二：每个兼容节点对根据最小能耗最多配对准则对应一个数据上载点；移动Sink计算获得全局网络的数据上载点与兼容节点对的对应关系；

步骤三：根据最佳配对准则确定各兼容节点对的权值，并利用最大加权配对算法筛选出具备最大生存期的兼容节点对集合，所述集合中的兼容节点对即为匹配节点对；

步骤四：当与匹配节点对对应的数据上载点间的最短距离小于移动Sink的通信半径时，拆散其中距离较大的匹配节点对；

步骤五：采用最短路径最大覆盖树的方法找出能遍历所有与最终获得的匹配节点对和独立节点对应的数据上载点的集合，并确立访问所述集合的最短路径方案；

步骤六：移动Sink根据所述最短路径方案访问所述集合中的数据上载点，并在所访问的数据上载点处发布对应的匹配节点对信息，完成数据采集和对应动态拓扑的构建；

步骤七：若移动Sink完成全部传感器节点的数据采集后仍未达到网络的设计使用寿命，或网络中节点存活比例大于预设比例，则返回继续执行步骤六；否则，停止数据采集。

作为本发明的一种优选方案，步骤一中，所述信道测试的具体实现过程为：

1)传感器节点通过接收移动Sink发送的探针消息，确定自身的发射功率，并对探针消息进行回复；

2)移动Sink通过回复的探针消息确定传感器节点的信道参数及其与邻居传感器节点的兼容关系，并实时告知该传感器节点。

作为本发明的另一种优选方案，步骤二中，距离兼容节点对的中心最近的数据上载点即为该兼容节点对的最小能耗上传点。

作为本发明的再一种优选方案，步骤三中，兼容节点对的权值计算函数为：