[發(fā)明專利]一種多Sink節(jié)點移動的無線傳感網(wǎng)生存時間優(yōu)化方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310701107.4
• 申請日: 2013-12-18
• 公開（公告）號: CN103686922B
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發(fā)明（設計）人: 王章權;陳友榮;任條娟;尉理哲;許森
• 申請（專利權）人: 浙江樹人大學
• 主分類號: H04W40/10
• 分類號: H04W40/10;H04W40/20;H04W84/18
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司33200
• 代理人: 陳昱彤

技術領域

本發(fā)明涉及一種網(wǎng)絡生存時間優(yōu)化方法，具體涉及一種多Sink節(jié)點移動的無線傳感網(wǎng)生存時間優(yōu)化方法。

背景技術

無線傳感網(wǎng)（wireless sensor networks,WSNs）通常包含大量的傳感節(jié)點。這些傳感節(jié)點收集監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的各種數(shù)據(jù)，并通過多跳的方式將數(shù)據(jù)發(fā)送給Sink節(jié)點進行進一步的處理。它們通常應用在室內(nèi)/室外的環(huán)境、衛(wèi)生和健康、電力、庫存位置、工廠和過程自動化、地震和結構等方面的監(jiān)測和動物、人類、車輛等目標的跟蹤中，越來越受到產(chǎn)業(yè)界和學術界的關注，有加強和改變?nèi)藗兣c世界互動的巨大潛力。在無線傳感網(wǎng)中，網(wǎng)絡生存時間是衡量一個網(wǎng)絡性能好壞的最重要指標之一。無線傳感網(wǎng)的部署及各個算法研究都需要從節(jié)能出發(fā)，最大限度地延長整個網(wǎng)絡的生存時間，節(jié)省重新部署無線傳感網(wǎng)的巨大開銷。

但是，在周期性收集數(shù)據(jù)的靜態(tài)陸地無線傳感網(wǎng)（所有節(jié)點位置固定不變）中，分布在Sink節(jié)點周圍的傳感節(jié)點比其它地方的傳感節(jié)點消耗更多的能量，且失效較早。這是因為這些傳感節(jié)點除了發(fā)送自身感知的數(shù)據(jù)外，還較多參與其它傳感節(jié)點的數(shù)據(jù)轉發(fā)，因此快速消耗了自身的能量。這種不均勻的能量消耗會產(chǎn)生監(jiān)測區(qū)域的能量空穴問題，導致網(wǎng)絡分裂，部分傳感節(jié)點數(shù)據(jù)不能達到Sink節(jié)點。因此，分布在Sink節(jié)點周圍的傳感節(jié)點生存時間成為靜態(tài)陸地無線傳感網(wǎng)生存時間的瓶頸。

在周期性收集數(shù)據(jù)的水下無線傳感網(wǎng)中，水下傳感節(jié)點利用傳感器實時監(jiān)測、收集監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的各種數(shù)據(jù),采用數(shù)據(jù)融合等信息處理方法,利用具有遠距離傳輸能力的水聲調(diào)制解調(diào)器將實時數(shù)據(jù)發(fā)送到水面網(wǎng)關。水面網(wǎng)關通過無線電、衛(wèi)星與船舶Sink節(jié)點或岸上Sink節(jié)點通信,最終將海底監(jiān)測數(shù)據(jù)實時傳送給用戶。但是水下無線傳感網(wǎng)存在以下問題：同樣存在能量空穴問題；水面網(wǎng)關既要與水下傳感節(jié)點通信，又要與Sink節(jié)點通信，消耗能量較多。如果水面網(wǎng)關采用衛(wèi)星通信，其發(fā)送功率較大，會消耗更多的能量，縮短了網(wǎng)絡生存時間。因此水面網(wǎng)關的生存時間成為水下無線傳感網(wǎng)生存時間的瓶頸之一。

目前，無線傳感網(wǎng)生存時間優(yōu)化方法主要包括：節(jié)點位置固定不變的無線傳感網(wǎng)生存時間優(yōu)化方法和單一Sink節(jié)點移動的無線傳感網(wǎng)生存時間優(yōu)化方法。節(jié)點位置固定不變的無線傳感網(wǎng)生存時間優(yōu)化方法假設節(jié)點位置固定不變，則分布在Sink節(jié)點周圍的傳感節(jié)點很容易成為樞紐節(jié)點，其接收和轉發(fā)較多鄰居節(jié)點數(shù)據(jù)，能量消耗較大，網(wǎng)絡生存時間有限。不管怎么調(diào)整算法，總會出現(xiàn)監(jiān)測區(qū)域中節(jié)點能耗分布不均衡，出現(xiàn)能量空穴問題。而很多關于單一Sink節(jié)點移動的無線傳感網(wǎng)生存時間優(yōu)化方法只是考慮將Sink節(jié)點移動到傳感節(jié)點的位置上收集數(shù)據(jù)。該方法限制了Sink節(jié)點的停留位置選擇范圍，所得結果是局部最優(yōu)解，有一定的局限性。由于單一Sink節(jié)點移動的無線傳感網(wǎng)生存時間優(yōu)化方法只考慮一個Sink節(jié)點的移動，且Sink節(jié)點需要收集所有傳感節(jié)點的數(shù)據(jù)，因此其移動路徑較長，網(wǎng)絡時延較大。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種多Sink節(jié)點移動的無線傳感網(wǎng)生存時間優(yōu)化方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明多Sink節(jié)點移動的無線傳感網(wǎng)生存時間優(yōu)化方法包括如下步驟：

步驟一：網(wǎng)關節(jié)點收集各Sink節(jié)點和各傳感節(jié)點的位置信息，以及收集各傳感節(jié)點的剩余能量信息，并將無線傳感網(wǎng)的監(jiān)測區(qū)域分成大小一致的網(wǎng)格；

步驟二：網(wǎng)關節(jié)點計算每一個網(wǎng)格的潛能值；

步驟三：網(wǎng)關節(jié)點計算各Sink節(jié)點需要停留的所有錨點，獲得一個錨點集合；

步驟四：網(wǎng)關節(jié)點將錨點集合中的錨點分配給M個簇，M的取值為Sink節(jié)點的數(shù)量；根據(jù)分簇的結果，將每一個Sink節(jié)點分配到對應的簇中；

步驟五：網(wǎng)關節(jié)點計算每一個分配到對應簇中的Sink節(jié)點經(jīng)過簇內(nèi)的所有錨點的最短移動路徑，并將各最短移動路徑廣播通知各對應的Sink節(jié)點；

步驟六：所有Sink節(jié)點同時沿著各自的最短移動路徑相應地采用靜態(tài)收集或移動收集的方法收集傳感節(jié)點的數(shù)據(jù)；

步驟七：完成一個時間周期的數(shù)據(jù)收集后，網(wǎng)關節(jié)點重新收集各傳感節(jié)點的剩余能量信息；如果無線傳感網(wǎng)各傳感節(jié)點的能量耗盡，則結束，否則網(wǎng)關節(jié)點返回執(zhí)行步驟二。

進一步地，本發(fā)明在所述步驟一中，將無線傳感網(wǎng)的監(jiān)測區(qū)域分成n×n個大小一致的所述網(wǎng)格，其中，n表示在無線傳感網(wǎng)的監(jiān)測區(qū)域中每一行或每一列的網(wǎng)格數(shù)，n的取值范圍為10-60。

進一步地，本發(fā)明在所述步驟二中，每一個網(wǎng)格的潛能值如式(1)所示：