[发明专利]一种水下无线传感器网络中延长网络生存时间的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种水下无线网络中利用基站移动来延长网络生存时间的方法，它的使用主要适用于水下传感器网络中节能方面的应用，利用了基站的移动可控性来延长网络生存时间。

背景技术

因为水下传感器通常只有有限的能量，而且他们的电池很难被充电，像太阳能之类充电方式在这里不适用，所以能量问题对于水下传感器网络极为重要。我们将网络的生存时间(network lifetime)定义为从网络部署到第一个传感器耗尽能量的时刻，之所以这么定义在于水下部署的传感器网络通常是比较稀疏的，因为在水下超声波传输通常可以传输很远的距离，一个节点耗尽能量，对整个网络的连通影响重大。当网络半径增长时候，在三维环境中这个问题比在二维环境中更为严重。

尽管以前有工作在二维无线传感器网络中集中研究这个问题，但是很难将二维环境下的结果直接扩展到三维环境下。节点负载定义为节点需要转发给基站的报文的流量。三维环境下的节点负载不像在二维环境下只跟节点到基站的距离有关。在前人的文献中，结论是当基站在最外围绕着圆心运动时，节点的负载的最大值可以达到其他运动情况下的最小值，但是在三维环境下，当基站绕着不同圆心运动时候，节点的负载的最大值出现在不同的地方，如果我们用不同圆周运动的组合，网络的生存时间会比一个圆周运动情况下的时间长。

发明内容

技术问题：本发明目的是提出一种水下无线传感器网络中利用基站移动来延长网络生存时间的方法，通过基站的移动来分散收集数据时带来的能量消耗热点区域，通过分析基站的不同运动对网络生存时间的影响，来尽可能地延长网络的生存时间。

技术方案：本发明的水下无线传感器网络中利用基站移动来延长网络生存时间的方法包括以下技术：1、基站不规则周期运动转换方法；2、基站圆周运动平面下节点剔除原则；3、基站次大圆周运动剔除原则；4、基站移动策略(MOSS)。

具体为：

1).基站不规则周期运动转换方法，通过映射，将三维环境下不规则的基站周期性移动路径转化成基站绕z轴圆周运动的组合，保证在转化之后，网络的生存时间不会减少；

2).基站圆周运动平面下节点剔除原则，在基站绕z轴做圆周运动时候，对于在运动平面下的点，总能在运动平面上找到一个对应点，此点的负载更高；

3).基站次大圆周运动剔除原则，当基站在同一平面内运动时候，半径越小，网络的生存时间越短；

4).基站移动策略MOSS，基站在监控区域最外围做周期性的圆周运动，从最大圈开始，然后到次大圈，依次往下直到最底部，然后向上同样做圆周运动，直到最大圈，完成一个周期。

其中：

步骤1)中，基站的不规则周期运动可以用绕z轴圆周运动的组合来替代，并且替代之后，网络的生存时间不会减少。

步骤2)中，基站绕z轴做圆周运动时候，对于在基站运动平面以下的节点，在运动平面上总能找到一个对应点，那一点的负载更高。

步骤3)中，基站在同一平面运动时候，运动半径越小，网络的生存时间越短。

步骤4)中，基站移动的具体策略是：基站在监控区域最外围做周期性的圆周运动，从最大圈开始，然后到次大圈，依次往下直到最底部，然后向上同样做圆周运动，直到最大圈，完成一个周期。

有益效果：本发明与现有技术相比，其显著优点有：通过映射，有效地减少了基站移动策略的解空间，通过分析基站移动对网络中负载最大的节点位置分析，利用基站移动路径的组合，有效地分散数据收集带来的能量消耗热点区域，尽可能地延长网络生存时间。

附图说明

图1是负载模型图，

图2是负载比较图，

图3是z＝0，R＝5、4.5、2时节点负载图，

具体实施方式

本发明可分为两个部分：基站移动分析、基站移动策略(MOSS)。

(1)基站移动分析