[发明专利]具有偏好随机游动能量均衡的数据传输方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种传感器网络中能量均衡的数据传输方法，应用于事件区域的自动检测。

背景技术

最新研究表明，在复杂网络上的随机游动可以获得该网络的一些潜在特征值，如访问时间、公共结构、传输范围、聚簇性、拓扑结构等，也可以解决特定领域的查找问题，如发送消息和定位目标、跟踪移动物体、建立网络动态路由等。随机游动技术在网络应用方面非常受欢迎，其中的一个重要原因是该技术对动态变化具有良好的鲁棒性。无线网络和移动网络很容易受通信拓扑结构变化的影响，睡眠模式、信道波动、机动性、设备故障和其它许多因素都有可能引起拓扑结构的改变，再加上既需要维护数据结构(如簇头指针、路由表和生成树等)，又要为失效的故障节点进行恢复处理，因此，拓扑驱动的算法一般不适合用于这种无线移动网络。

尽管传统的无约束随机游动可以完成一定的分析处理，但是这种方法效率低下，不能令人满意。一方面，无约束随机游动算法对信息丢失和未知网络拓扑有良好的鲁棒性，另一方面，它可能会反复地访问相同的节点，在指定时间内不能访问需要的关键区域，同时，自由访问产生的各种数据会导致大量的冗余信息，这使得该算法从能量角度来看具有一定的局限性。

发明内容

本发明的目的是提供一种能量均衡的数据传输方法，以应用于事件区域检测，实现感兴趣区域中环境参数如温度、湿度等，提高事件区域检测的实时性，延长网络的生命周期。

本发明的目标是解决数据在无线传感网中分发如何均衡各个节点能量消耗的问题，其主要创新是基于一个生活中的事实，不能够通过推理来估计事件会不会在一个区域发生，由此提出了一个能量耗损的抽象模型--带偏好的随机游动模型。通过分析任意两个节点之间的最短传输距离，把节点的传输范围分解为许多同心圆环，而每个同心圆环都包含一些可能是传输代理的节点，传输路径是由形成代理传输链的节点组成，这些节点是源节点到Sink之间最短路径之上或接近最短路径的节点。在此基础上，提出了一种数据传输协议，该协议可以确定圆环i内的某个节点向其下一跳节点传送数据的概率p_i(或节点直接向Sink发送数据的概率(1-p_i)，使得从源节点到Sink传输数据的过程中，对能量消耗和传输延迟二者进行均衡，进而延长网络的生命周期。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种能量均衡的数据传输方法，包括下列步骤：

(1)传感器网络节点随机部署；

参见附图1，设N个资源受限的静态传感器节点随机地部署在检测区域R＝(r×r)内，用集合S＝(s₁，s₂，...，s_N)描述，其中s_i表示第i个传感器节点。

(2)按节点的通信范围划分为一系列同心圆环；

基于任何两个节点之间的最小传输距离，把节点的传输范围划分成一系列同心圆环；即节点s_i的半径为r的传输区域分解成个以s_i为圆心的同心圆环，这些圆环分别用数字1，2，……，m来表示。也就是说每一个同心圆环的宽度均为d_min，d_min为当前节点的最小传输范围。每个圆环区域均包含该区域中的邻节点信息；

(3)选择转发节点；

确定节点在量源消耗和延迟中的跳转概率p_i，随机游动是依据节点当前存在的能量来决定不同的跳转，由此选择一系列的代理转发节点，传播路径是由一系列的节点形成的代理转发节点链。

3-1)选取p_i的值

为源节点s₀的跳转概率p_i选取一个确定值。p_i越大，对应数据延迟越小且该数据的兴趣度就越大。s₀在数据转发前把p_i值存储在数据包中，这个值将在所有的代理转发节点中受到关注，注意到p_i的值决定了使用哪个圆环来标识代理转发节点。在选取了对应的圆环之后，s₀计算其候选代理转发节点集合FS(s₀，s_m)。这些候选的代理转发器是从对应圆环中s₀的邻居节点中选取的；

3-2)确定转发节点