[发明专利]一种多Sink节点移动的无线传感网生存时间优化方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种网络生存时间优化方法，具体涉及一种多Sink节点移动的无线传感网生存时间优化方法。

背景技术

无线传感网（wireless sensor networks,WSNs）通常包含大量的传感节点。这些传感节点收集监测区域内的各种数据，并通过多跳的方式将数据发送给Sink节点进行进一步的处理。它们通常应用在室内/室外的环境、卫生和健康、电力、库存位置、工厂和过程自动化、地震和结构等方面的监测和动物、人类、车辆等目标的跟踪中，越来越受到产业界和学术界的关注，有加强和改变人们与世界互动的巨大潜力。在无线传感网中，网络生存时间是衡量一个网络性能好坏的最重要指标之一。无线传感网的部署及各个算法研究都需要从节能出发，最大限度地延长整个网络的生存时间，节省重新部署无线传感网的巨大开销。

但是，在周期性收集数据的静态陆地无线传感网（所有节点位置固定不变）中，分布在Sink节点周围的传感节点比其它地方的传感节点消耗更多的能量，且失效较早。这是因为这些传感节点除了发送自身感知的数据外，还较多参与其它传感节点的数据转发，因此快速消耗了自身的能量。这种不均匀的能量消耗会产生监测区域的能量空穴问题，导致网络分裂，部分传感节点数据不能达到Sink节点。因此，分布在Sink节点周围的传感节点生存时间成为静态陆地无线传感网生存时间的瓶颈。

在周期性收集数据的水下无线传感网中，水下传感节点利用传感器实时监测、收集监测区域内的各种数据,采用数据融合等信息处理方法,利用具有远距离传输能力的水声调制解调器将实时数据发送到水面网关。水面网关通过无线电、卫星与船舶Sink节点或岸上Sink节点通信,最终将海底监测数据实时传送给用户。但是水下无线传感网存在以下问题：同样存在能量空穴问题；水面网关既要与水下传感节点通信，又要与Sink节点通信，消耗能量较多。如果水面网关采用卫星通信，其发送功率较大，会消耗更多的能量，缩短了网络生存时间。因此水面网关的生存时间成为水下无线传感网生存时间的瓶颈之一。

目前，无线传感网生存时间优化方法主要包括：节点位置固定不变的无线传感网生存时间优化方法和单一Sink节点移动的无线传感网生存时间优化方法。节点位置固定不变的无线传感网生存时间优化方法假设节点位置固定不变，则分布在Sink节点周围的传感节点很容易成为枢纽节点，其接收和转发较多邻居节点数据，能量消耗较大，网络生存时间有限。不管怎么调整算法，总会出现监测区域中节点能耗分布不均衡，出现能量空穴问题。而很多关于单一Sink节点移动的无线传感网生存时间优化方法只是考虑将Sink节点移动到传感节点的位置上收集数据。该方法限制了Sink节点的停留位置选择范围，所得结果是局部最优解，有一定的局限性。由于单一Sink节点移动的无线传感网生存时间优化方法只考虑一个Sink节点的移动，且Sink节点需要收集所有传感节点的数据，因此其移动路径较长，网络时延较大。

发明内容

本发明的目的是提供一种多Sink节点移动的无线传感网生存时间优化方法。

为实现上述目的，本发明多Sink节点移动的无线传感网生存时间优化方法包括如下步骤：

步骤一：网关节点收集各Sink节点和各传感节点的位置信息，以及收集各传感节点的剩余能量信息，并将无线传感网的监测区域分成大小一致的网格；

步骤二：网关节点计算每一个网格的潜能值；

步骤三：网关节点计算各Sink节点需要停留的所有锚点，获得一个锚点集合；

步骤四：网关节点将锚点集合中的锚点分配给M个簇，M的取值为Sink节点的数量；根据分簇的结果，将每一个Sink节点分配到对应的簇中；

步骤五：网关节点计算每一个分配到对应簇中的Sink节点经过簇内的所有锚点的最短移动路径，并将各最短移动路径广播通知各对应的Sink节点；

步骤六：所有Sink节点同时沿着各自的最短移动路径相应地采用静态收集或移动收集的方法收集传感节点的数据；

步骤七：完成一个时间周期的数据收集后，网关节点重新收集各传感节点的剩余能量信息；如果无线传感网各传感节点的能量耗尽，则结束，否则网关节点返回执行步骤二。

进一步地，本发明在所述步骤一中，将无线传感网的监测区域分成n×n个大小一致的所述网格，其中，n表示在无线传感网的监测区域中每一行或每一列的网格数，n的取值范围为10-60。

进一步地，本发明在所述步骤二中，每一个网格的潜能值如式(1)所示：