[發明專利]一種機會移動傳感網中方向感知引導的數據收集方法

有效

• 申請號: 201310572006.1
• 申請日: 2013-11-13
• 公開（公告）號: CN103607749A
• 公開（公告）日: 2014-02-26
• 發明（設計）人: 梁泉;張永暉;聶明星;徐翔
• 申請（專利權）人: 福建工程學院
• 主分類號: H04W40/20
• 分類號: H04W40/20;H04W84/18
• 代理公司: 北京市商泰律師事務所 11255
• 代理人: 陳朝陽

技術領域

本發明涉及移動網絡技術領域，尤其涉及一種機會移動傳感網中方向感知引導的數據收集方法。

背景技術

移動感知系統應用越來越廣泛,如監控野生動物的ZebraNet和TurtleNet,在手持設備中嵌入感知模塊收集城市環境信息的城市感知(urbansensing),以及將傳感器節點安裝在車輛上收集城市交通狀況的Cartel等。在這些應用中，傳感器往往稀疏部署，通信距離有限的傳感器隨物體移動而變化，很難形成一個全連通的無線網絡，只能形成局部連通、相互隔離且拓撲動態變化的無線網絡。網絡依賴節點移動帶來的通信機會實現數據的轉發。機會移動傳感器網絡采用“存儲—攜帶—轉發”的模式轉發消息，即節點在收到消息后，沒有合適的轉發節點時存儲消息，在移動過程中遇到sink節點或合適的轉發節點時，才進行轉發，通過這種方式實現網絡的數據收集功能。

目前有幾種近似的技術方案，一種稱為Flooding機制，用來收集鯨魚傳感器網絡數據，把傳感器嵌入在鯨魚身上，通過將生成的數據消息拷貝給每個相遇的鯨魚節點，當游過部署在海面浮標上的sink節點附近時，將數據上傳到sink節點。該機制實際上是傳染轉發機制，如果傳感器節點的緩存足夠大，這種機制的數據傳輸成功率就高，但網絡開銷很大。另外一種稱為SCAR（sensor?context-aware?routing）的機會數據收集機制，針對不連通移動傳感器網絡，每個節點關聯的傳輸概率不是基于前述的節點相遇狀況，而是基于節點上下文信息（包括節點鄰居變化率、能量等）定義。該機制估計傳輸概率的計算非常復雜，在資源緊張的傳感器節點上不是非常合適。第三種稱為ADG(Adaptive?Data?Gathering)自適應的數據收集機制，針對具有不同傳輸質量需求的信息采集應用，每個節點關聯一個持續變化的“轉發概率”參數，每個消息關聯一個動態調整的“重要因子”參數，在輔以其他參數自適應確定消息在網絡中的復制次數，使數據收集機制既能滿足數據傳輸性能的要求，又具有小的網絡開銷。還有一種方案，提出了一個基于虛擬空間的路由機制，采用“存儲-攜帶-轉發”的傳輸模式實現數據收集。每個傳感器節點根據與多個sink節點的期望傳輸延遲映射成高維空間中的一個坐標點,消息傳輸對應于從源節點移動到空間原點的過程。

機會移動傳感網：傳感器往往稀疏部署，通信距離有限的傳感器隨物體移動而變化，很難形成一個全連通的無線網絡，只能形成局部連通、相互隔離且拓撲動態變化的無線網絡，網絡依賴節點移動帶來的通信機會實現數據的轉發。感知方向：移動節點相對于Sink節點的瞬時移動趨勢：趨近或遠離Sink節點，稱為移動節點的感知方向。兩個節點相遇時，可計算它們對方向的感知。數據轉發：在傳感網中，相遇的移動節點之間、移動節點與Sink節點之間、Sink節點與骨干網見進行的數據傳輸。數據收集：傳感網絡中，將各傳感器檢測到的數據集中到數據中心進行存儲和處理。轉發冗余：同一個消息在傳感網中被轉發的次數或同時存在的副本數目。能量剩余閾值：一個傳感器維持正常工作所需要的最低能量值，低于這個值，傳感器可能隨時會停止工作或不能保證正常工作。

在機會移動傳感網中現有的數據收集方法中，普遍存在的缺點有：（1）網絡中消息冗余高；（2）數據收集算法復雜，這是因為約束參數過多的緣故；（3）網絡效能較差，數據收集效率較低；（4）傳感器能量消耗大，生存周期短。

例如：第一種方案Flooding機制，實際上是傳染轉發機制，需要傳感器節點有足夠大的緩存才能保證數據傳輸成功率，消息冗余很高，網絡開銷很大，數據收集效率和傳感器生存周期都較低；

第二種方案SCAR機制，估計傳輸概率的計算非常復雜，傳感器能量消耗大，在資源緊張的傳感器節點上不是非常合適，網絡效能和生存周期短；第三種方案ADG(Adaptive?Data?Gathering)機制，每個節點關聯一個持續變化的“轉發概率”參數，每個消息關聯一個動態調整的“重要因子”參數，還有其他參數，數據收集算法過于復雜，影響網絡效率和生存周期；第四種方案與第三種方案類似，在實際應用中面臨挑戰。

發明內容

本發明需要解決的技術問題是如何減少消息冗余度，降低算法復雜度，提高傳感網的數據收集成功率和生存周期。

為了解決以上技術問題，本發明公開了一種機會移動傳感網中方向感知引導的數據收集方法，用i,j分別代表任意兩個移動傳感器s₁、s₂，它們的方向夾角分別為α_i，α_j，包括以下步驟：