[發明專利]具有偏好隨機游動能量均衡的數據傳輸方法

無效

• 申請號: 201010529163.0
• 申請日: 2010-10-22
• 公開（公告）號: CN101977415A
• 公開（公告）日: 2011-02-16
• 發明（設計）人: 張書奎;龔聲蓉;樊建席;崔志明;王宜懷
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: H04W40/10
• 分類號: H04W40/10;H04W84/18
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 陶海鋒

技術領域

本發明涉及一種傳感器網絡中能量均衡的數據傳輸方法，應用于事件區域的自動檢測。

背景技術

最新研究表明，在復雜網絡上的隨機游動可以獲得該網絡的一些潛在特征值，如訪問時間、公共結構、傳輸范圍、聚簇性、拓撲結構等，也可以解決特定領域的查找問題，如發送消息和定位目標、跟蹤移動物體、建立網絡動態路由等。隨機游動技術在網絡應用方面非常受歡迎，其中的一個重要原因是該技術對動態變化具有良好的魯棒性。無線網絡和移動網絡很容易受通信拓撲結構變化的影響，睡眠模式、信道波動、機動性、設備故障和其它許多因素都有可能引起拓撲結構的改變，再加上既需要維護數據結構(如簇頭指針、路由表和生成樹等)，又要為失效的故障節點進行恢復處理，因此，拓撲驅動的算法一般不適合用于這種無線移動網絡。

盡管傳統的無約束隨機游動可以完成一定的分析處理，但是這種方法效率低下，不能令人滿意。一方面，無約束隨機游動算法對信息丟失和未知網絡拓撲有良好的魯棒性，另一方面，它可能會反復地訪問相同的節點，在指定時間內不能訪問需要的關鍵區域，同時，自由訪問產生的各種數據會導致大量的冗余信息，這使得該算法從能量角度來看具有一定的局限性。

發明內容

本發明的目的是提供一種能量均衡的數據傳輸方法，以應用于事件區域檢測，實現感興趣區域中環境參數如溫度、濕度等，提高事件區域檢測的實時性，延長網絡的生命周期。

本發明的目標是解決數據在無線傳感網中分發如何均衡各個節點能量消耗的問題，其主要創新是基于一個生活中的事實，不能夠通過推理來估計事件會不會在一個區域發生，由此提出了一個能量耗損的抽象模型--帶偏好的隨機游動模型。通過分析任意兩個節點之間的最短傳輸距離，把節點的傳輸范圍分解為許多同心圓環，而每個同心圓環都包含一些可能是傳輸代理的節點，傳輸路徑是由形成代理傳輸鏈的節點組成，這些節點是源節點到Sink之間最短路徑之上或接近最短路徑的節點。在此基礎上，提出了一種數據傳輸協議，該協議可以確定圓環i內的某個節點向其下一跳節點傳送數據的概率p_i(或節點直接向Sink發送數據的概率(1-p_i)，使得從源節點到Sink傳輸數據的過程中，對能量消耗和傳輸延遲二者進行均衡，進而延長網絡的生命周期。

為實現上述發明目的，本發明采用的技術方案是：一種能量均衡的數據傳輸方法，包括下列步驟：

(1)傳感器網絡節點隨機部署；

參見附圖1，設N個資源受限的靜態傳感器節點隨機地部署在檢測區域R＝(r×r)內，用集合S＝(s₁，s₂，...，s_N)描述，其中s_i表示第i個傳感器節點。

(2)按節點的通信范圍劃分為一系列同心圓環；

基于任何兩個節點之間的最小傳輸距離，把節點的傳輸范圍劃分成一系列同心圓環；即節點s_i的半徑為r的傳輸區域分解成個以s_i為圓心的同心圓環，這些圓環分別用數字1，2，……，m來表示。也就是說每一個同心圓環的寬度均為d_min，d_min為當前節點的最小傳輸范圍。每個圓環區域均包含該區域中的鄰節點信息；

(3)選擇轉發節點；

確定節點在量源消耗和延遲中的跳轉概率p_i，隨機游動是依據節點當前存在的能量來決定不同的跳轉，由此選擇一系列的代理轉發節點，傳播路徑是由一系列的節點形成的代理轉發節點鏈。

3-1)選取p_i的值

為源節點s₀的跳轉概率p_i選取一個確定值。p_i越大，對應數據延遲越小且該數據的興趣度就越大。s₀在數據轉發前把p_i值存儲在數據包中，這個值將在所有的代理轉發節點中受到關注，注意到p_i的值決定了使用哪個圓環來標識代理轉發節點。在選取了對應的圓環之后，s₀計算其候選代理轉發節點集合FS(s₀，s_m)。這些候選的代理轉發器是從對應圓環中s₀的鄰居節點中選取的；

3-2)確定轉發節點