[發明專利]無線傳感器網絡中數據收集設備的移動決策方法

有效

• 申請號: 200610089528.6
• 申請日: 2006-06-30
• 公開（公告）號: CN101098373A
• 公開（公告）日: 2008-01-02
• 發明（設計）人: 孫利民;畢艷忠;劉俊濤
• 申請（專利權）人: 中國科學院軟件研究所
• 主分類號: H04M11/00
• 分類號: H04M11/00
• 代理公司: 北京君尚知識產權代理事務所
• 代理人: 邵可聲

技術領域

本發明涉及一種在無線傳感器網絡中收集數據的方法，特別是一種在無線傳感器網絡中周期性收集數據的過程中，移動的無線數據收集設備為進行移動決策所采用的方法。

背景技術

在數據收集型無線傳感器網絡中，傳感器節點的無線通信能力以及所配置的能量很有限，所有的感知數據將以多跳的方式向網絡中的數據收集設備匯集，這將導致靠近數據收集設備的傳感器節點由于需要轉發遠離數據收集設備的節點的數據而消耗更多的能量。如果數據收集設備的位置是固定不動的，靠近數據收集設備的傳感器節點將成為“熱點”而耗盡能量。由于很難對部署在監控區域內的大量傳感器節點方便地補充電量，少部分傳感器節點的能量耗盡可能會造成數據收集設備與其它工作節點通信路徑的斷裂，使傳感數據無法到達數據收集設備，從而造成整個網絡功能的過早失效。采用可移動的數據收集設備可以緩解“熱點”問題，均衡網絡中節點的能量消耗，從而延長網絡生存時間。但是對于周期性數據收集應用，數據收集設備的移動方式以及收集數據的方式不是任何方式都適合，比如(1)數據收集設備不能隨機移動，因為無規律的移動不僅很難提升網絡性能，還要考慮移動所帶來的附加成本；(2)數據收集設備不能在移動過程中僅收集一跳鄰居節點的數據，雖然這種方式對節點來說最省能量，但是要求數據收集設備在個數據收集周期中均要遍歷整個網絡，而同時數據收集設備的移動速度有限，所以會使得網絡收集數據的延遲很大，且隨網絡規模的增大而增加。因此需要支持數據收集設備在網絡中邊移動邊收集全網的數據的方法。

目前的無線傳感器網絡領域中，提供給移動設備進行分布式移動決策的方法并不多，參考文獻“Base-Station?Repositioning?For?Optimized?Performance?of?Sensor?Networks”(M.Younis，M.Bangad，K.Akkaya.In?Proc.of?the?Vehicular?Technology?Conference(VTC’03)，Orlando，Florida，October?2003，pp.490-492)提出了一個啟發式算法來決策數據收集設備移動的方向和距離，此方法的核心思想是數據收集設備(文中稱為Base-Station)根據各個鄰居節點的數據通信量判斷哪個方向上的傳感器節點負擔更重，然后便朝著這個方向移動。此方法適用于少數節點匯報數據的情況，當應用于全網所有節點均匯報數據的周期性收集型網絡中時，其最大問題是數據收集設備容易陷入“局部最優”點，比如當數據收集設備移動到網絡中心時，很有可能會由于各方向數據量相等而在原地徘徊，出現與采用固定數據收集設備時同樣的問題，即距離數據收集設備較近的傳感器節點負擔較重的數據轉發任務而消耗過多的能量，造成較早地耗盡能量。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的是提供一種方法，使無線數據收集設備在無線傳感器網絡中收集數據時，可以根據已經收集到的數據所包含的信息，自主決策下一步移動的方向和距離，同時平衡網絡中傳感器節點的能量消耗，盡量避免少數節點的過早耗盡能量，從而延長網絡的生存時間。

本發明的技術方案如下：一種無線傳感器網絡中數據收集設備的移動決策方法，每個連續的數據收集周期至少包括監聽和匯報兩個階段：

在每個數據收集周期的監聽階段，數據收集設備根據上一周期中收集到的網絡中節點能量的分布信息移動到新的位置，移動的策略是：朝剩余能量最高的節點移動，同時避開剩余能量最低的節點；

在匯報階段，各節點根據監聽到的數據收集設備的位置信息進行路由并發送數據包，所述的數據包中分別包含有該數據包所經過的節點中剩余能量最高的一個節點的能量和位置信息以及若干個剩余能量最低的節點的能量和位置信息。

數據收集型無線傳感器網絡中，傳感器節點配備有限的無線通信能力和不可更換的電池能源，而數據收集設備具有較強的無線通信能力，且其能量充足或可獲得持續補充。傳感器節點和數據收集設備均利用已經公知的現有技術(如GPS定位設備等)可以獲知自己的位置信息。