[发明专利]基于冗余节点融合的能量平衡多轨道移动数据收集方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线传感器网络移动数据收集方法，具体涉及一种基于冗余节点融合的能量平衡多轨道移动数据收集方法。

背景技术

静态无线传感器网络中，节点被随机的部署在监测区域，受限于节点的通信半径，传感器节点采集的数据通常以一跳或者多跳的方式发送至静态的sink节点或者基站。这就造成了网络能耗不平衡的问题，sink附近的点由于过高的数据中继而很快的耗尽能量，造成能量空洞导致网络坏死。

与静态网络不同，近些年一些基于移动元素的方案频频被提出，其核心思想是，使用移动数据收集装置在监测区域内部或者外围游动，以此来收集数据。研究表明，在无线传感器网络中引入移动元素可以显著提高数据收集效率。随机移动的数据收集装置难以保证网络的连通性，也带来了新的传感器节点能耗不平衡问题。因此可控的移动数据收集应运而生，采用特定的方法规划数据收集装置的运行轨迹来解决网络的各方面问题。

发明内容

本发明提供一种冗余节点融合的能量平衡多轨道移动数据收集方法，目的在于通过对无线传感器网络中冗余节点进行融合以提供网络的寿命，并进一步降低网络能耗。

为实现上述目的，本专利的发明人基于可控思想设计了一种基于移动数据收集装置的能量平衡的多轨道无线传感器网络移动数据收集方法，既保证了移动数据收集装置的受控性，也实现了网络中各节点能耗的均衡性。在此收集方法的基础上，本专利发明人进一步对上述方法中网络内的传感器节点进行冗余融合，得到了一种冗余节点融合的能量平衡多轨道移动数据收集方法，从而提高了网络的寿命，也更进一步降低了网络能耗。

本发明的技术方案为：基于冗余节点融合的能量平衡多轨道移动数据收集方法为：

（1）、建立分扇的多层网络模型

以正m边形为二维监测区域，监测区域依照节点通信半径r被划分为n环，离监测区域中心最近的环为环，每环的宽度为2r，监测区域以正m边形的中心为顶点被平均分成m个扇区，传感器节点被随机均匀部署在整个监测区域中；

（2）、移动数据收集装置MS按照的运行路径在监测区域的各个环中进行数据收集；其中，为MS在环内运行的圈数；

所述通过如下步骤获得：

①、建立能量平衡函数，式中，N代表监测区域内节点的总个数，代表MS按照的运行路径完成一个数据收集周期后，位于环内单位节点的总能耗；其中，，式中，为MS在环内运行的圈数，为MS在环内运行一周，环内节点的平均能耗；

②、基于MS按照的运行路径完成一个数据收集周期后，各环任意两个节点能耗相同的最优目标，最大化能量平衡函数的值，在满足能量平衡最优值的情况下，由通过线性规划得到MS每环运行圈数的最优解；

③、当步骤②得到的的解为非整数值时，取最接近的整数值作为MS在各环内运行的圈数，从而得到能量平衡的MS的运行路径。

（3）、MS按照的运行路径在监测区域的各个环中进行数据收集的过程中，按照下述方法对监测区域内各节点进行控制，以对冗余节点进行融合：

①、确定监测基数，监测基数为达到用户需要或者覆盖需要的最小节点数，当节点数目大于监测基数时判定为冗余，冗余倍数为节点数目与监测基数的比值；

②、根据冗余倍数计算出监测区域内当前扇区各环的节点数目为

，其中，为J扇区第I环的节点数目；

③、将监测区域内J扇区第I环这一分层均匀划分为个网格，划分方法为：将J扇区第I环所在的梯形区域的上、下两底分别均分为份，然后连接上、下两底的均分点，即成为网格；

④、在每个网格内的个节点中，按照的概率选取格头节点作为通信节点，其他节点睡眠；选取方法为：每个网格内的节点随机产生0-1之间的值，并与阈值比较，如果生成值小于阈值则被选中为格头节点，格头节点随后向网格内的其他节点广播选中消息，其他节点接到消息后进入睡眠状态，网络的监测任务由格头节点执行，当选过格头的节点不再被选中，直到所有节点都当选过格头节点后，进入下一轮选取；

所述阈值，式中，k为之间的整数，即为轮数，g为当选过格头节点的集合。

有益效果：本发明通过对能量平衡的MTEB数据收集方法进行网络冗余节点融合，得到了优化后的MTEO数据收集方法，从而大幅度的延长了网络寿命，同时进一步降低了网络中节点平均能耗之差，能量平衡性能较MTEB更佳。