[发明专利]用于收集无线传感器网络自身健康状态的融合树构建方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种融合树构建方法，尤其涉及一种用于收集无线传感器网络自身健康状态的融合树构建方法。

背景技术

无线传感器网络(WSN，Wireless Sensor Network)中，节点资源高度受限，特别是能量高度受限是阻碍无线传感器网络发展及其应用的最重要“瓶颈”之一。数据融合的主要思想是在数据发送到sink节点的途中，融合节点通过对接收到的来自不同节点的数据进行组合，并进行简单的处理来消除冗余数据，使得数据到达sink节点前最小化数据传输量来减少能耗以延长网络生命期。构建一个好的融合树可以使得数据在传输过程中更高效地进行融合，从而更节省网络能耗、延长网络生命期。目前关于融合树的研究主要可以分为三种结构：平面树型结构、簇型结构，簇-树型结构。簇-树结构融合树如图1所示。

簇-树型融合树可以用于大规模无线传感器网络的数据收集，目前对于簇-树结构融合树首先是将网络划分为簇结构，所有簇头节点之间形成一个平面树状结构，构成整个网络的主干。在选举簇头节点时，侧重于考虑簇头节点的位置。为了使得能耗均衡，一般采用周期性重新建树的方法，会造成较大的能量浪费。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于收集无线传感器网络自身健康状态的融合树构建方法，避免周期性重新建立簇结构带来的能耗过大问题；能够减少网络能耗，延长网络生命期。

本发明是这样来实现的，首先由sink节点发起建树消息，建树消息包中包含sink及源节点的地理位置信息、网格坐标及网格宽度；接收到消息的节点根据消息内容及自身地理位置信息确定自身所在网格坐标并根据自身位置信息及剩余能量参与簇头竞选；所有的簇头节点构成网络的主干，簇头节点对接收到的数据进行融合处理之后再沿着主干网传输直至到达sink；当簇头的剩余能量下降到当选时的一半时进行局部替换。

本发明的步骤如下：

(1)建树命令的发起：sink节点广播建树命令消息，建树命令包含了sink节点的地理位置信息，源节点的地理位置信息、源节点的父节点、网格宽度。通信半径应保证竞选区域的所有节点均能接收到该命令；

(2)计算自身所在网格：接收到建树消息的节点首先根据自身位置信息(X_N，Y_N)与接收到的建树消总按下式计算节点自身所在的网格(X_Nr，Y_Nr)：

其中，Xs与Ys为sink的地理位置信息；X_Sr与Y_Sr为sink所在网格坐标；为向下取整操作；ε为一个无穷小的正数，用于解决网格边界节点问题；

(3)簇头竞选：当节点与源节点处于同一个网格，则将源节点作为自己的簇头节点加入融合树，将加入融合树标记设为1并记录簇头信息；若节点所处网格与源节点所在网格为邻居网格(一个网格与其上、下、左、右四个网格互为邻居网格)则首先检查其是否已加入融合树：

若节点已加入融合树，则首先检查接收到消息的父节点字段是否为自己，若是，则把源节点作为自己的孩子节点并记录孩子节点的相关信息；否则，不做任何处理；若节点并未加入融合树，则参与簇头节点的竞选；

竞选主要是通过定时机制完成的，竞选过程描述如下：