[发明专利]无线传感器网络中基于二叉树查询的移动sink数据采集方法

摘要

本发明涉及一种无线传感器网络中基于二叉树查询的移动sink数据采集方法，其步骤包括在圆形部署区域中建立虚拟的区域二叉树系统；节点根据地理位置计算所属区域在虚拟的区域二叉树中的编号并建立邻居节点信息表；sink沿圆形区域最外围移动，在虚拟区域二叉树系统中的最外层每一区域停留，并向同区及所有父区域多跳广播Hello包，通告sink位置信息，该广播位置信息的区域称为标记区；节点有数据需要上传给sink时，首先向标记区查询sink位置信息，然后根据标记区节点储存的sink的位置信息将数据发送给sink。本发明节省了sink移动过程中向全网广播位置信息消耗的能量，且在不同区域停留时间由网络中产生的数据量和产生数据包的节点位置决定，进一步均衡节点能量消耗。

主权项

无线传感器网络中基于二叉树查询的移动sink数据采集方法，其特征在于，包括以下步骤：1)准备阶段：在圆形部署区域中建立虚拟的区域二叉树系统，各传感器节点计算所属区域在虚拟区域二叉树系统中的编号并获取邻居节点信息建立邻居节点信息表；所述传感器节点计算所属区域编号的方法具体为：假设节点i的极坐标为(ρi,θi)，则节点i按照下述公式计算所属区域编号Ai：节点所属层数Hi：节点所属区域编号Ai：其中，ρi为节点i的极径值，θi为节点i的极角，r为虚拟区域二叉树系统最内层圆半径，d为虚拟区域二叉树系统外层同心圆半径递增值，R为整个圆形部署区域半径，和分别表示对括号内的内容进行上取整和下取整；2)数据采集阶段：sink沿圆形区域最外围移动，在虚拟区域二叉树系统中的最外层每一区域停留，进行数据采集，并向同区及所有父区域多跳广播Hello包，通告sink位置信息，主要包括sink广播位置子阶段，数据收集子阶段和sink广播离开子阶段；数据采集阶段的具体过程为：6‑1)sink广播位置子阶段：sink进入某一区域后，首先根据自身坐标Locs和式(5)、式(6)计算自身区域编号As，然后向周围一跳节点发送S‑Hello包，接收到S‑Hello包的节点根据sink坐标Locs计算sink区域编号As，如果接收到S‑Hello包的节点的区域编号等于As则被标记为SM‑node并储存sink坐标Locs，区域编号不等于As的节点丢弃S‑Hello包；SM‑node向父区域节点通过多跳的方式发送SM‑Hello包，通告所有父区域节点sink的区域编号，直至发送至sink前一次驻留广播位置信息的标记区或发送至根区域停止，接收到SM‑Hello包的节点根据SM‑Hello包中的As值判断sink所在的方向并储存该方向值DirSis，然后继续向父区域发送SM‑Hello包，DirSis初始值设为2；6‑2)数据收集子阶段：sink在该区域驻留收集全网信息，分为三个阶段：6‑2‑a)路径探索阶段：源节点在不知道sink位置的情况下通过标记区向sink发送First‑Msg包，告知sink源节点坐标；6‑2‑b)路径优化阶段：sink接收到First‑Msg包后获取数据包中源节点的坐标，并沿最短路径向源节点发送ACK包以确认收到First‑Msg包并告知源节点sink坐标；6‑2‑c)稳定传输阶段：源节点接收到来自sink的ACK包获取sink坐标并沿最短路径向sink稳定传输Normal‑Msg包，直至sink离开；6‑3)sink广播离开子阶段：当满足离开条件时，sink向SM‑node广播Leave包通告sink准备离开，在此区域不再进行数据收集，接收到Leave包的SM‑node计算sink即将进入的下一区域编号并继续向M‑node广播Leave包，M‑node根据计算决定是否更改方向值DirSis和是否继续转发Leave包，sink进行下一轮的数据收集；所述离开条件是指：在给定一个时间阈值T和sink在此区域收集数据量阈值P的情况下，sink广播Hello包的同时开始计时和计数，若满足下列三个条件之一，则sink准备离开该区域移动到下一区域：6‑3‑a)在时间阈值T内，标记区有事件发生，产生数据需要上传给sink，则sink在此区域停留直至M‑node产生的所有数据包全部转发给sink，若标记区产生的数据全部上传后仍未超出时间阈值T，则sink继续停留直至停留时间到达阈值T或者在此区域收集总数据量超出数据量阈值P，若超出则标记区数据上传完成后sink准备离开；6‑3‑b)在时间阈值T内，若标记区无事件发生，即标记区内无源节点时，sink在该区域收集的数据量到达数据量阈值P时，sink准备离开；6‑3‑c)在时间阈值T内，若标记区无事件发生且sink在此区域收集数据量没有达到数据量阈值P，则sink在时间阈值T时准备离开；其中，sink根据接收到的First‑Msg包或Normal‑Msg中的源节点坐标Locj判断标记区是否有事件产生的方法为：sink所属区域编号为As，则按照完全二叉树节点的编号，可以计算得出相应h个标记区域的编号，它们分别为sink每到达一个新的区域计算对应标记区域的编号，接收到源节点j的First‑Msg或Normal‑Msg后计算源节点j所在的区域编号Aj，并判断Aj是否在标记区，如果在，则标记区有事件产生。