[发明专利]海上搜救无线传感器网络拓扑及拓扑控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及海上搜救无线传感网拓扑控制技术，具体涉及一种海上搜救无线传感器网络拓扑及拓扑控制方法。

背景技术

海上搜救无线传感网主要应用无线传感网技术实现海上搜救活动当中对搜救目标的实时监测和跟踪。该网络可以弥补传统海上搜救活动当中落水目标个体基本只能等待搜救人员的搜寻这种被动的局面。不仅可以将待救援个体的位置信息发送给搜救方，无线传感器本身对环境及搜救目标的监测信息同样可以发送给搜救方，为目标的快速搜寻提供更多的有益信息。

无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSN)具有自组织、自适应及鲁棒性较好的特点，其无线传感器节点体积小、成本低、功耗低的特点。在监测环境中，网络中的大量传感器节点可迅速自组织为一个适应性较好的监测网络，并且可以在恶劣环境下很好地执行任务。

随着物联网时代的来临，WSN技术在海事领域的应用也逐渐兴起，如溢油检测、海事监控管理等。这些相关应用及研究为海上搜救无线传感网的研究应用提供了很好的理论及实践基础。

在海上搜救无线传感网中，要解决的一个重要问题就是尽可能延长该网络的生命期，并且同时保证各节点信息可以传输给汇聚节点，以保证网络监测信息可以及时有效地传输给搜救网络中心供搜救部门使用。

WSN的拓扑控制问题是在满足网络覆盖和联通度的前提下，通过功率控制盒骨干网节点选择，剔除节点间不必要的通信链路生成一个高效的数据转发的网络的拓扑结构。在WSN的网络协议当中，拓扑控制起到协调MAC层及路由层的作用，为高效的路由选择奠定基础。通过拓扑控制可以减少网络能耗，延长网络生命期，并提高网络的健壮性与稳定性。

现有的拓扑控制方法主要基于功率控制和层次型拓扑控制两个方面，相关研究也较多，但由于资金、设备条件等因素，大部分拓扑控制方法仍处于理论研究阶段，所进行的实验也仅限于在仿真环境下观察这些方法的优劣，没有充分注意到在实际环境应用中要面临的诸多挑战。而对于海上搜救的环境而言，该网络节点动态性很强，节点不可替换，且要求网络生命期尽可能长，因此需要一种新的拓扑控制方法延长网络生命期并适应网络的动态变化。

发明内容

本发明提供一种海上搜救无线传感器网络拓扑及拓扑控制方法，解决海上搜救无线传感网中动态拓扑控制的问题，该拓扑控制方法可以生成网络平均距离及冗余度均较低的良好的拓扑结构。

为实现上述目的，本发明提供一种海上搜救无线传感器网络拓扑，其特点是，该网络拓扑包含：

若干一般传感器节点，其相互无线连接组成网络拓扑结构，实时监测搜救信息；

汇聚节点，用于收集无线传感器网络的所有一般传感器节点的监测信息；

上述汇聚节点及若干所述一般传感器节点相互间通过双向对称链路连接；

当汇聚节点及若干一般传感器节点中任意两个节点间距小于其通信半径，则该两个节点直接通信，若大于通信半径，则通过其他节点以多跳形式进行通信。

上述一般传感器节点包含异构节点和普通节点；

上述异构节点为剩余能量充足的节点；上述普通节点为剩余能量非充足的节点；上述海上搜救无线传感器网络拓扑包含若干由一般传感器节点组成的分簇，异构节点作为各个分簇的簇首。

上述无线传感器网络拓扑还包含有汇聚节点，其通过双向对称链路连接汇聚节点和/或一般传感器节点，该汇聚节点还通过卫星连接因特网。

上述无线传感器网络拓扑中节点的天线为全向天线。

一种上述海上搜救无线传感器网络拓扑的拓扑控制方法，其特点是，该方法包含：

无线传感器网络通过最小生成树方法形成初始拓扑结构；

对初始拓扑结构的无线传感器网络进行删边分簇；

根据节点剩余能量选出各分簇的簇首，建立簇首边的长程边。

上述无线传感器网络形成初始拓扑结构时，利用节点收发数据的能耗及节点位移，建立无线传感器网络中最小生成树的权重计算方法，并求得边权重。

上述无线传感器网络最小生成树的权重计算方法包含：

节点i，j间传输k比特数据时总能耗C_ij(k,d_i)如式(1)：

C_ij(k,d_ij)＝E_R(k)+E_T(k,d_ij)(1)