[發明專利]基于移動匯聚節點的無線傳感器網絡的數據收集方法

無效

• 申請號: 201010139821.5
• 申請日: 2010-04-07
• 公開（公告）號: CN101808289A
• 公開（公告）日: 2010-08-18
• 發明（設計）人: 關新平;孫立;陳彩蓮;龍承念
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H04W4/06
• 分類號: H04W4/06;H04W52/02;H04W84/18
• 代理公司: 上海交達專利事務所 31201
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術領域

本發明的涉及是一種網絡技術領域的方法，具體是一種基于移動匯聚節點的無線傳感器網 絡的數據收集方法。

背景技術

微機電技術、計算機技術和無線通信等技術的進步，推動了低功耗、多功能傳感器的快速 發展，使其在微小體積內能夠集成信息采集、數據處理和無線通信等多種功能。無線傳感器網 絡就是由一組集成了傳感器、數據處理單元和通信模塊的節點組成，通過無線通信的方式形成 一個自組織網絡系統。其目的是協作感知、采集和處理網絡覆蓋區域內的感知對象信息，并將 感知結果發送到匯聚節點(Sink)。

在軍事、抗災等緊急環境中，無線傳感器網絡的布置可以通過飛機或火箭拋灑大量的無線 傳感器節點完成，匯聚節點可以是士兵、救災人員或無人機等。在這些環境中，匯聚節點通常 具有移動性。雖然移動性增強了匯聚節點的抗摧毀能力和對于緊急事件的反應能力，但同時也 增加了數據收集的難度和無線傳感器網絡的能量開銷。由于傳感器節點自身攜帶的能量非常有 限，而傳感器網絡的布置方式和應用環境又決定了頻繁更換節點電池不可行，因此，在保證數 據收集成功率的前提下，降低無線傳感器網絡的能耗，從而延長無線傳感器網絡的壽命十分重 要。

無線傳感器節點的能量消耗模塊包括傳感器模塊、處理器模塊和無線收發模塊。在實際的 應用中，無線收發模塊的能耗占據了總體能耗的絕大部分。無線收發模塊有四種狀態：發送狀 態、接收狀態、偵聽狀態和睡眠狀態。除睡眠狀態外，其他三種狀態都屬于工作狀態。在工作 狀態中，發送狀態的能耗最大，接收狀態和偵聽狀態的能耗相對發送狀態小，但仍遠大于睡眠 狀態的能耗。在睡眠狀態下，無線收發模塊關閉，不能收發數據。

通過降低無線收發模塊的能耗可以有效的延長無線傳感器節點的使用周期，進而達到延長 無線傳感器網絡使用壽命的目的。在發送功率相同的情況下，無線傳感器節點收發模塊的發送 狀態和接收狀態的能耗取決于需要發送和接收的數據量，偵聽狀態的能耗取決于偵聽時間。因 此，對于收集無線傳感器網絡數據的這一過程而言，降低無線傳感器網絡在數據收集過程中產 生的數據量，并盡可能的使更多節點的無線收發模塊處于睡眠狀態是降低無線傳感器網絡能量 開銷的有效途徑。

在使用靜態(固定)匯聚節點的傳感器網絡中，數據的收集大多是基于匯聚節點的洪泛查 詢進行。靜態匯聚節點只需在網絡的初始化階段向全網范圍內洪泛一次查詢消息即可完成后續 整個監控過程的數據收集。對于使用移動匯聚節點的無線傳感器網絡而言，使用這種數據收集 方法的匯聚節點需要在位置更換后再次向全網進行洪泛查詢，匯聚節點的連續移動將會為全網 帶來極大的通信和能量開銷。因此，這一類數據收集方法并不適用于使用移動匯聚節點的無線 傳感器網絡。

經對現有文獻的檢索發現，現有的基于移動匯聚節點的無線傳感器網絡的數據收集方法主 要有以下幾類：

第一類是基于以源節點(Source)為中心建立樹形拓撲方法。例如，Hyung?Seok?Kim等人 提出的SEAD(Scalable?Energy-efficient?Asynchronous?Dissemination?protocol)協議。 此類協議的基本原理是源節點在偵測到事件后以自己為中心在全網構建樹形拓撲結構，匯聚節 點在此基礎上對本地的鄰居節點進行查詢。該類方法對于多匯聚節點的支持較好，但每個源節 點在全網建立樹形拓撲結構會產生很大的能量和通信開銷，對于網絡事件發生頻繁的應用場景 不適合。

第二類是基于固定數據交匯區的方法。例如，Brad?Karp等人提出的GHT(Geographic?Hash Table?for?Data-Centric?Storage?protocol)協議和Guillaume?Chelius等人提出的LBDD (Line-Based?Data?Dissemination?protocol)協議。此類協議需要在無線傳感器網絡中選出 固定區域用于數據的存儲，并且需要在網絡投入運行前使源節點和匯聚節點就這一區域的具體 位置達成共識。該類方法能夠針對某些特定應用的無線傳感器網絡的進行數據收集過程的優 化，但可擴展性不強，且容易造成節點的負載失衡，引發特殊位置節點過早死亡的問題。