[发明专利]无线传感器网络中基于轨道辅助的移动数据收集方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于基于轨道覆盖的无线传感网区域中的数据传输方法，具体为设计一种支持移动节点进行数据收集的数据传输方法，属于网络通信技术领域。

背景技术

目前无线传感器网络数据收集主要通过两种方式完成：

1）基于静止传感节点的数据收集。在由静止的传感节点组织成多跳的Ad hoc网络中，通过静止节点间的多跳数据中继进行数据传输，并最终将数据汇聚至汇聚点。虽然此方法的数据延迟较短，但是其缺点也很突出，即中继节点的能耗大，靠近汇聚点处易形成耗能热点，网络能耗不均，能耗过快的节点过早死亡，造成网络的不可用和生命期过短的问题。不论是基于分簇方法建立传输路径的方案，还是基于树形传输路径的方案，由于静态节点需要参与多跳中继路由的本质没有变，因此都存在着这方面的能耗问题，具体表现在：a)相对于普通节点，簇头节点耗能过快，网络整体耗能不均，易产生能耗热点；b)树形主干网规模过大会增加数据传输的能耗，缩短网络生命期。

2）采用移动节点的数据收集。移动节点依据某种路径，部分或全部地遍历分布在网络区域中的传感节点，在较短的通信距离内进行数据收集，所有数据只需经历1跳传输即可传输至移动节点，不会涉及其他传感节点的传输操作，避免了网络中节点能耗不均的现象。该方法的关键在于移动路径的设计，目前针对路径的设计包括：a)任智等人提出LDCR算法，将网络分为多个正方形区域，让移动节点在环形路径上移动，逐行逐列遍历每个正方形区域，并收集数据，最后携带数据返回至汇聚点，然而移动节点需要遍历整个网络，网络面积的增加会导致移动路径长度的急剧增加，时延较大的问题无法控制；b)程涛和潘文虎等人分别提出的基于TSP和IMWSF算法的最短路径数据收集，根据传感节点位置计算一条能遍历全网的路径，移动节点沿路径收集数据，通过路径长度的缩短，来降低数据收集时延；c)王超提出的CDCMM算法（基于环状移动路径的多跳数据收集），将网络划分成多个不相交的区域，每个区域内有一个移动节点基于某种路径移动收集该区域内所有传感节点的数据，数据在移动节点间间多跳传输至汇聚点；b)和c）方案的实施需要事先所有传感节点的GPS信息，然后根据传感节点的物理位置计算移动路径，因此要求所有传感节点均需装备GPS模块，并将其位置通知给汇聚点，导致传感网络的部署成本骤增。如果不装备GPS模块，对于非精确节点部署的方案（例如：通过飞机随机播撒传感节点来部署的传感网应用）来说，b)和c)方案将不可行。

发明内容

发明目的：由于现有的利用静止传感节点进行多跳数据传输的数据收集方案中，整个网络都面临着由于传感节点的耗能过多，而造成的网络生命期过短的问题；利用移动节点进行数据收集，虽然能延长网络生命期，但移动节点遍历全网内所有传感节点的时间较长导致较大的数据时延。针对上述问题与不足，即：大收集时延和高部署成本，本发明提供一种无线传感器网络中基于轨道辅助的移动数据收集方法，在无线传感网区域中设置多个有编号顺序的同心圆轨道，轨道间的间距为2r（r为传感节点的最大传输距离），每个轨道上安放一个移动节点沿轨道移动收集距离轨道距离为r范围内所有传感节点的数据；移动节点配备两个天线：一个与传感区域内的传感节点交互（传输距离为r米），一个与其他移动节点间交互（传输距离为2r米）；移动节点将收集到的数据，通过相邻轨道上的其他移动节点中继，并逐层传输，最后至汇聚点汇集。本发明解决了现有移动收集方案的收集时间过长和依赖节点位置信息的问题，在减少网络能耗的前提下，有效缩短移动数据收集的时延，适用于各种网络拓扑。

技术方案：一种无线传感器网络中基于轨道辅助的移动数据收集方法，包括如下步骤：

步骤1，将方形传感器网络分为两个部分：内切于传感器网络的圆形区域和剩余的边界区域，在圆形区域中设置若干同心圆轨道，每个轨道上设置一个移动节点移动着收集传感节点的信息；在边界区域中设置若干圆弧轨道，每个边界区域安装一个移动节点以收集剩余传感节点的信息；

步骤2，为移动节点配备两个天线，即第一天线A1和第二天线A2：其中第一天线A1负责与传感区域内的传感节点通讯，第二天线A2负责与其他移动节点间通讯。

步骤1中，基站位于传感网络的中心位置，将圆形区域内离基站最近的最小圆形轨道的编号设为0，从内至外轨道编号依次递增1，最外层的圆形轨道编号为i_max；边界区域的轨道编号依次为i_max+1，i_max+2，i_max+3，i_max+4。