[发明专利]一种高可用无线传感器网络移动数据收集方法

说明书

本发明公开了一种高可用无线传感器网络移动数据收集方法，方法包括：移动Sink根据移动轨迹周围节点的能耗信息，调整其移动轨迹和移动速度；移动Sink之间互相监听健康状态，当有移动Sink发生故障时，健康移动Sink广播调整网络拓扑，当故障移动Sink修复完成后，恢复网络拓扑；部署在网络区域的传感器节点，计算移动Sink节点在网络中的坐标信息，并选择位于驻留点且距离自身最近的健康移动Sink进行数据包的路由。本发明中移动Sink在驻留点时无需广播当前位置，降低了通信开销；对移动轨迹进行适时调整，均衡了网络能量消耗；在部分移动Sink出现故障后网络仍能正常工作，延长了网络生命，具有较强实际意义。

技术领域

本发明属于无线传感器网络数据收集技术领域，具体涉及一种高可用无线传感器网络移动数据收集方法。

背景技术

随着微机电系统、片上系统、无线通信和低功耗嵌入式技术的飞速发展，无线传感器网络(WSN，Wireless Sensor Networks)的应用日趋广泛，其中数据收集为其基础应用之一。人们在相关区域部署大量传感器节点，通过传感器节点对周围环境的监测以获取所需要的数据，如温度、湿度、图像、声音、视频等。在传感器网络中部署的节点通常情况下不具备移动性，传统的Sink位置固定的数据收集方法，存在有热区问题、通信开销大、漏斗效应等限制，无法很好地满足应用需求。因此，在实现应用需求，收集足够数据的同时，实现网络的能量高效、均衡，延长网络生命周期成为了一个十分重要的数据收集方法设计问题。

如今，无线传感器网络相关领域通过对采用移动Sink乃至多移动Sink进行数据收集来平衡能耗、延长网络寿命的相关研究也取得了一定的进展。Jae-Wan Kim等人在2010年的《IEEE Transactions on Consumer Electronics》发表的论文“An Intelligent Agent-Based Routing Structure for Mobile Sinks in WSNs”，该算法中移动Sink利用代理节点进行数据收集，首先Sink选择距离自身最近的节点定位代理节点，通过代理节点将查询信息以洪泛的方式在全网进行广播，节点将数据上传到代理节点后移动Sink即能实现数据收集。同时，Sink在移动过程中会不断进行代理节点的选择，为防止多次更新代理节点后数据的传输路径不是最优，算法还通过初始路径与新路径的长度比较来进行传输路径的更新。该算法保证了数据传输的路径始终相对较短，然而，代理节点处工作负担较大，易出现热区问题，代理节点在进行路径选择时仅考虑到距离的远近，没有考虑到路径中节点能量的限制。

Miao Zhao等人在2015年的《IEEE Transactions on Mobile Computing》发表的论文“Mobile Data Gathering with Load Balanced Clustering and Dual DataUploading in Wireless Sensor Networks”，提出LBC-DDU算法，该算法将无线传感器网络分为感知层、簇头层和SenCar(移动数据收集器)层，首先将网络中的传感器节点进行分簇操作，并在每个簇之中基于节点剩余能量选取出两个簇头，簇内两簇头之间通过信标信息进行时钟同步，之后通过对已在网络中预先设置的轮询点进行选择，找到SenCar访问每个簇进行数据收集的最佳路径，最后SenCar通过采用MU-MIMO的上行传输系统同时对一个簇内两个簇头的进行数据收集。该算法给SenCar装备两根天线，使其能够同时接受两个簇头的数据，减少了数据上传的时间，但是采用两根乃至多根天线带来了成本大幅度的上升，同时对于轮询点的选择问题计算复杂度较高，时间代价较大。