[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

摘要

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。

主权项

1.一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，其特征在于：所述选择方法包括如下步骤：第一步Sink节点的移动路径计算，过程如下：1.1)Sink节点广播信息查询包，接收其数据通信范围内的传感节点的地址、位置坐标、剩余能量和到Sink节点的数据通信跳数信息，接收到Sink节点的跳数为最大数据传输跳数的传感节点的邻居节点地址、位置坐标、剩余能量和到Sink节点的数据通信跳数信息，根据接收到的传感节点信息更新Sink节点的传感节点信息表；1.2)Sink节点分析当前位置周围的边界、障碍物和空洞情况，计算边界虚拟斥力、障碍物虚拟斥力、空洞虚拟斥力、到Sink节点的跳数为最大数据传输跳数加1的传感节点虚拟引力，计算虚拟力的合力；在当前网格沿着水平方向向左寻找一个距离最近的网格，其传感节点信息表中所有传感节点都在该网格的右边，则该网格为左边界网格，获得该网格中心到当前Sink节点所在网格中心的有向距离向量沿着水平方向向右寻找一个距离最近的网格，其传感节点信息表中所有传感节点都在该网格的左边，则该网格为右边界网格，获得该网格中心到当前Sink节点所在网格中心的有向距离向量沿着垂直方向向下寻找一个距离最近的网格，其传感节点信息表中所有传感节点都在该网格的上边，则该网格为下边界网格，获得该网格中心到当前Sink节点所在网格中心的有向距离向量沿着垂直方向向上寻找一个距离最近的网格，其传感节点信息表中所有传感节点都在该网格的下边，则该网格为上边界网格，获得该网格中心到当前Sink节点所在网格中心的有向距离向量Sink节点在移动过程中通过红外传感器或数据传输过程中无线链路的接收能量，获知所在水平方向和垂直方向是否存在被障碍物占用的网格，计算该网格中心到当前Sink节点所在网格中心的有向距离向量当网格中出现4个以上相邻且处于不同行的未被覆盖网格，则认为这些网格所在的区域为空洞区域；如果Sink节点所在网格的水平方向的左边存在空洞区域，寻找该空洞区域内离当前Sink节点所在网格中心距离最近的网格中心，获得该网格中心到当前Sink节点所在网格中心的有向距离向量如果Sink节点所在网格的水平方向的右边存在空洞区域，寻找该空洞区域内离当前Sink节点所在网格中心距离最近的网格中心，获得该网格中心到当前Sink节点所在网格中心的有向距离向量如果Sink节点所在网格的垂直方向的上边存在空洞区域，寻找该空洞区域内离当前Sink节点所在网格中心距离最近的网格中心，获得该网格中心到当前Sink节点所在网格中心的有向距离向量如果Sink节点所在网格的垂直方向的下边存在空洞区域，寻找该空洞区域内离当前Sink节点所在网格中心距离最近的网格中心，获得该网格中心到当前Sink节点所在网格中心的有向距离向量虚拟斥力的计算公式如下其中，表示边界虚拟斥力障碍物虚拟斥力和空洞虚拟斥力x₁表示边界虚拟斥力系数x_b，障碍物虚拟斥力系数x_z和空洞虚拟斥力系数x_k，表示有向距离向量和d_grid表示网格的边长，表示有向距离向量的大小；根据到Sink节点的跳数为最大数据传输跳数加1的传感节点信息，计算这些传感节点对Sink节点的虚拟引力其中，x₂表示传感节点的引力系数，表示Sink节点到传感节点j的有向距离向量，E_av表示Sink节点数据通信范围内所有传感节点剩余能量的平均值，E_re(j)表示传感节点j的剩余能量；计算所有虚拟力的合力为其中，表示Sink节点在当前位置上所受到的所有虚拟力的合力；1.3)根据合力大小计算Sink节点在当前停留网格中心的停留时间，计算公式如下其中，t_g表示Sink节点在网格中心g的停留时间，F_th表示判断阈值，表示合力大小，v表示Sink节点的移动速率，d_gird表示相邻网格中心的距离，Sink节点广播包含自身地址和位置坐标信息的路由信息包，接收其数据通信范围内传感节点的感知数据；1.4)Sink节点分析当前停留网格中心的邻居网格中心，删除不可移动的边界和障碍物所在的网格中心和空洞区域内的网格中心，并根据Sink节点的停留次数，建立停留次数最小的网格中心集合，分别计算合力与从Sink节点的当前停留网格中心到集合中每一个网格中心的距离向量的夹角δ其中，abs()表示取绝对值函数，acos()表示反余弦函数，表示从Sink节点的当前停留网格中心到网格中心g的距离向量，表示向量的大小，根据向量夹角δ，选择使夹角最小的网格中心作为Sink节点的下一个停留网格中心；1.5)经过Sink节点在当前停留网格中心的停留时间tg后，Sink节点移动到下一个停留网格中心，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，则返回步骤1.1)，否则，Sink节点寻找到一条移动路径，并沿着该移动路径循环收集数据；第二步传感节点的数据通信，包括如下过程：2.1)基于节点剩余能量的数据路由方法；2.2)数据传输。