[发明专利]一种数据传输时延和跳数受限的Sink节点移动路径分布式选择方法

说明书

一种数据传输时延和跳数受限的Sink节点移动路径分布式选择方法，包括第一步：Sink节点的移动路径计算，1.1)网络启动后，收集传感节点信息；1.2)计算虚拟斥力和引力，及其合力；1.3)根据合力大小计算Sink节点在当前网格中心的停留时间；1.4)根据合力方向和传感节点的剩余能量，计算下一个停留网格中心；1.5)如果已选择的所有网格中心的停留时间和不超过数据传输时延最大值，则返回1.1)，否则沿着获得的移动路径循环收集数据；第二步：传感节点的数据通信，包括基于节点剩余能量的数据路由方法和数据传输。本发明有效降低时间复杂度、提高数据收集量和节点覆盖率和降低传感器节点感知数据的丢弃量。

技术领域

本发明涉及移动无线传感网领域，尤其涉及的是一种数据传输时延和跳数受限的Sink节点移动路径分布式选择方法。

背景技术

无线传感网(wireless sensor networks,WSNs)由具有电池、微型处理器和无线电收发器等组件的传感节点、Sink节点和网关节点组成。每个传感节点感知信息，并发送给Sink节点。Sink节点作为汇聚节点，进一步处理接收到的信息后转发给网关节点。网关节点收集所有传感节点的信息，并提供给用户参考和应用。无线传感网的应用领域可分为两大类：监控应用(如动物栖息地监控、楼宇监控、设备监控、温室监控等)和跟踪应用(如动物跟踪、车辆跟踪、供应链中货物跟踪等)。目前无线传感网受到政府的高度重视，已成为学术界和产业界的热门研究领域。

目前在危险环境(如火山、放射区、有毒化工区等)监测、灾难搜救、军事领域等应用领域中，通常采用传感节点周期性上报数据且节点位置固定不变的静态无线传感网。但是静态无线传感网会出现如下问题：离Sink节点近的传感节点需要发送较多其它传感节点的数据，导致这些传感节点能量消耗较快，且过早失效。这个问题通常被称为无线通信的热点问题或Sink节点的空穴问题。为了处理这个问题，引入Sink节点的移动。Sink节点的移动不仅能平衡传感节点之间的能量消耗，而且能连接网络中的分裂区域。

近年来，国内外学者对Sink节点的移动路径选择方法进行了一些研究，取得一些成果。有些学者研究Sink节点移动路径的集中式方法。如M.Emre Keskin等考虑Sink节点的静态收集和移动收集，建立网络生存时间的优化模型。采用最优化方法，将优化模型转化成线性模型，通过商业软件求解最优解。郭剑等将监测区域分成若干个圆盘，在每一个圆盘中寻找一个Sink节点的采集点，并采用量子遗传算法求解能遍历所有采集点的最短路径。Wang Liu等采用理论推导的方法研究Sink节点移动到若干个RP点(Rendezvous Point)时的最优方案。Arun K.Kumar等提出一种分簇方法。即根据节点的位置将网络中所有节点分成多个簇，采用TSP求解算法计算Sink节点遍历所有簇中心的最短路径。王章权等将Sink节点的监测区域划分为若干个网格，建立数据传输时延受限下Sink节点1跳数据收集的优化函数，采用遗传算法求解Sink节点的移动路径。Hamidreza Salarian等提出一种加权集合规划方法(weighted rendezvous planning,WRP),即根据到最近RP点的跳数和子节点的数量，计算所有传感节点的权值，选择若干个权值较大的节点作为RP点，采用TSP求解算法计算Sink节点遍历所有RP点的最短路径。但是这些集中式方法假设Sink节点能收集和分析其监测区域内所有传感节点的信息，其时间复杂度随传感节点数量的增多而急剧变大，因此这些方法比较适用于节点数量和数据传输跳数较少的移动无线传感网。